Biorrefinerías en Marte

Después de la gran noticia de las reservas de hielo en Marte, comentada por la divulgadora y amiga Laura Parro (@LauraMParro):

¿Qué será lo siguiente?

Espero que podamos ir a Marte en un futuro breve, aunque como ya dijo Scott Kelly (@StationCDRKelly)  en Espacio Fundación Telefónica (https://espacio.fundaciontelefonica.com/) el pasado 22 de enero: “Ir a Marte no es un problema de ciencia sino de política. Si en lugar de agua líquida se hubiera encontrado dinero, ya estaríamos allí”.

Biorrefinerías

Si fuésemos a Marte, una de las principales vías para sobrevivir allí sería a través de la instalación de biorrefinerías. Una biorrefinería consiste en la transformación de biomasa en combustibles y otros productos útiles para la vida diaria. Se pueden obtener alimentos, plásticos, medicinas o aditivos, sin necesidad de utilizar el petróleo como materia prima. Además del agua y de la energía obtenida de los propios combustibles, la principal materia prima sería la biomasa. Se pueden utilizar nuestros propios residuos (orina y heces), residuos de la alimentación, etc., además de otro tipo de biomasa como bacterias y/o enzimas.

Hace unos pocos años colaboré en un proyecto de investigación denominado “Obtención de recursos para la habitabilidad humana en entornos extremos extraterrestres mediante bioestimulación óptica”, obtenido en la convocatoria Cantabria Explora. Para explicarlo de forma breve, el proyecto consistía en estudiar la posible utilización de cianobacterias en biorrefinería para su uso en Marte, ayudando así a los posibles asentamientos humanos en dicho planeta. A partir de las cianobacterias se pueden obtener no solo biocombustibles y otros productos químicos, sino también oxígeno y alimentos.

Instalación de las biorrefinerías en Marte

Para la instalación de biorrefinerías en Marte mediante el uso de cianobacterias se necesitan nutrientes, dióxido de carbono (CO2) y luz. Para la puesta en marcha en ese planeta, tendríamos que utilizar biorreactores cubiertos en el subsuelo, debido a las características extremas como la temperatura o la radiación. La composición de la atmósfera marciana es 95% CO2, 3% N2, 1,6% argón y 0,4% de otros gases, incluyendo O2 (Mahaffy et al., 2013). Por tanto, de los materiales necesarios, el CO2 no constituiría ningún problema, los nutrientes se pueden obtener del suelo marciano y de los residuos humanos, y en el caso de la luz sería necesario utilizar otro tipo de dispositivos para poder acceder a la misma. En este proyecto, se propuso el uso de LEDs.

El objetivo concreto de este proyecto fue identificar el tipo y parámetros de radiación óptica, CO2, agua y otros posibles elementos necesarios para el funcionamiento eficiente de biorreactores de cianobacterias productoras de productos básicos, como alimentos, oxígeno y combustibles, en entornos extremos extraterrestres, así como el estudio de futuros productos de valorización. A partir de las cianobacterias se pueden obtener alimentos directos para los humanos (caso de la Spirulina) o como alimento para las gambas y peces que luego alimentarían a los humanos. Además, pueden obtenerse también biocombustibles como etanol, hidrógeno, isobutanol, biodiesel o biogás, y otros tipos de productos como antioxidantes, proteínas, ácidos grasos o polímeros. En muchos casos, además hace falta una separación o purificación posterior, pero con simples equipos de extracción, decantación, filtración puede ser suficiente (Nautiyal et al., 2014; De Farias and Bertucco, 2016; Ghosh et al., 2016).

La principal conclusión del proyecto es que el uso de estos sistemas de biorrefinería de cianobacterias puede ser un paso para la habitabilidad en Marte en un futuro.

Aplicaciones actuales de las cianobacterias en biorrefinería

En la actualidad, las cianobacterias se utilizan comercialmente en diferentes sectores como la nutrición (suplementos alimenticios y aditivos de química fina), agricultura (en fertilizantes y recuperación de suelos salinos), en la industria cosmética, así como en el tratamiento de aguas (Sharma et al., 2011; Jacob-Lopes and Franco, 2013). Adicionalmente, se están estudiando diversas opciones de valorización de las mismas en biocombustibles y otros bio-productos (Balasundaram et al., 2010). Entre las principales ventajas de la utilización de cianobacterias, en comparación con las plantas, se encuentran (Balasundaram et al., 2010; Machado and Atsumi, 2012): (i) su elevada tasa de proliferación; (ii) la utilización de menores recursos para su cultivo; (iii) su elevada tolerancia a diferentes condiciones ambientales (temperatura, radiación UV, sal, desecación, etc.).

No quería finalizar esta entrada sin comentar la relación con la película Marte (https://www.filmaffinity.com/es/film846099.html) y la cantidad de referencias científicas que hicieron en la película. Os recomiendo que veáis las principales en el siguiente vídeo de Javier Santaolalla:

https://www.youtube.com/watch?v=2bhRTWYHCno

REFERENCIAS

  • Balasundaram, B., Skill, S.C., Llewellyn, C.A., 2010. A low energy process for the recovery of bioproducts from cyanobacteria using a ball mil. Biochemical Engineering Journal, 69, 48-56.
  • De Farias Silva, C.E., Bertucco, A., 2016. Bioethanol from microalgae and cyanobacteria: A review and technological outlook. Process Biochemistry, 51(11), 1833-1842.
  • Ghosh, A., Khanra, S., Mondal, M., Halder, G., Tiwari, O.N., Saini, S., Bhowmick, T.K., Gayen, K., 2016. Progress toward isolation of strains and genetically engineered strains of microalgae for production of biofuel and other value added chemicals: A review. Energy Conversion and Management, 113, 104-118.
  • Jacob-Lopes, E., Franco, T.T., 2013. From oil refinery to microalgal biorefinery. Journal of CO2 Utilization 2, 1-7.
  • Machado, I.M.P., Atsumi, Sh., 2012. Cyanobacterial biofuel production. Journal of Biotechnology 162, 50-56.
  • Mahaffy, P.R., Webster, C.R., Atreya, S.K., Franz, H., Wong, M., Conrad, P.G., Harpold, D., Jones, J.J., Leshin, L.A., Manning, H., et al., 2013. Abundance and Isotopic Composition of Gases in the Martian Atmosphere from the Curiosity Rover. Science 341, 263-266.
  • Nautiyal, P., Subramanian, K.A., Dastidar, M.G., 2014. Production and characterization of biodiesel from algae. Fuel Processing Technology, 120, 79-88
  • Sharma, N.K., Tiwari, S.P., Tripathi, K., Rai, A.K., 2011. Sustainability and cyanobacteria (blue-green algae): facts and challenges. J Appl Phycol, 23, 1059-1081.

AGRADECIMIENTOS

Me gustaría agradecer a los profesores de la Universidad de Cantabria que han  participado en el proyecto mencionado. En concreto, los grupos de Intergenómica, de Técnicas Ópticas Aplicadas y de Ingeniería de proteínas. Además, agradecer a los compañeros del grupo GER-UC, en especial a Ana Portilla y Carlos Arce, por su ayuda.

Formulario

 

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