Fábula científica del castor y la bacteria

Érase un joven roedor de dientes afilados llamado Castorino que se pensaba el centro del estuario y una bacteria conocida por su glotonería, llamada Rody.

—¿Podrías ayudarme, bicho diminuto? —preguntó el castor a la bacteria.

—¿En qué? —contestó la bacteria, picajosa.

—La fábrica de papel ha gastado casi toda la madera que me sirve de comida y la poca que queda no se puede ver porque el río está mucho más oscuro por el vertido de la papelera.

—¿Y qué puedo hacer yo?

—Eres conocida por tu voracidad y había pensado que podrías comerte el vertido del río para que se quedara transparente. Así, yo vería los restos de madera y podría construir un dique para mis padres. ¿Sabes que soy el mejor constructor de diques del río Columbia?

—Si eres el mejor, ¿no sabrías hacerlo con otro material? ¿Por qué no usas esos plásticos del río para construir el dique? Cada vez hay más.

Castorino orgulloso masticó los plásticos, pero se atragantó. Paso toda la noche con fiebre.

Mientras, Rody seguía comiendo los restos de celulosa que quedaban de la madera masticada por Castorino. Sin embargo, llegó un momento en que no había más madera, y entonces, tampoco quedaban restos de celulosa. Rody ya había comido casi todo, así que se fue a buscar a Castorino y le dijo:

—Hoy voy a ayudarte. Intentaré comerme el vertido del río.

Y así lo hizo y le encantó. El vertido estaba delicioso. Tenía un sabor que no había probado nunca. El color oscuro del río fue desapareciendo, pero en su lugar Rody fue dejando un residuo blanquecino de los restos del vertido.

—Ahora tienes que comerte ese nuevo residuo —le dijo desafiante el castor a la bacteria— Sigo sin poder ver los restos de madera. Así no podré construir el dique.

Rody lo intentó, pero no pudo con el residuo blanquecino. El material era demasiado chicloso para su boca y no podía deshacerlo.

La bacteria estaba enfadada y triste, no podía comer ese residuo, así que le pidió ayuda a Castorino —¿Por qué no intentas triturarlo con tus dientes?

Castorino entusiasmado trituró el nuevo material. Jamás había triturado algo semejante. Quizá podría preparar un dique con ese material, así que se puso en marcha.

Con la ayuda de ambos, todo se solucionó, el dique se construyó con un material mucho más resistente, Rody tuvo comida de sobra para saciar su hambre con los vertidos de la papelera y el río quedó cada vez más limpio.

Explicación científica

1. Castorino

Los castores son un género de roedores semiacuáticos nativos de América del Norte y Eurasia que se caracterizan por sus amplias y escamosas colas. Estos animales son conocidos por su habilidad natural para construir diques en ríos y arroyos, y sus hogares —llamados castoreras— en los estanques que se crean a causa del bloqueo del dique en la corriente de agua. Para la edificación de estas estructuras, utilizan principalmente los troncos de los árboles que derriban con sus poderosos incisivos. A pesar de la gran cantidad de árboles que talan, los castores no suelen perjudicar el ecosistema en el que viven; por el contrario, lo mantienen saludable, pues sus diques proveen una gran cantidad de beneficios. Entre otras cosas, estas barreras propician la creación de humedales, ayudan a controlar inundaciones y eliminan contaminantes de la corriente (https://es.wikipedia.org/wiki/Castor).

 

 

 

Figura 1. Castor y dique construido por castores.

2. Rody

Rhodobacter sphaeroides es un tipo de bacteria púrpura; un grupo de bacterias encontrado en lagos profundos y aguas estancadas y que obtiene energía a través de la fermentación y la fotosíntesis  (https://es.wikipedia.org/wiki/Rhodobacter_sphaeroides). Entre otros, utilizan los fondos ricos en celulosa localizados en los diques de los castores para realizar la fermentación de los azúcares y obtener energía. Este tipo de bacterias se encuentra en el río Columbia, especialmente en las zonas de máxima turbidez (Bräuer et al., 2011).

3. Composición de la madera

La madera está compuesta principalmente por tres fracciones, celulosa, hemicelulosa y lignina. Los castores, durante la construcción de los diques, trituran la madera y separan en alguna medida estos componentes, dejando restos de celulosa que pueden servir de comida a las bacterias.

En el caso de la industria del papel y la celulosa, esta también separa los diferentes componentes de la madera para obtener la pasta de papel o celulosa. Al separar la celulosa, quedan la lignina y la hemicelulosa como residuo, normalmente de color oscuro. Los procesos de separación pueden ser químicos, mecánicos, térmicos o una combinación de ellos. Normalmente los químicos son los que mayor rendimiento en separación de celulosa consigue y suelen ser los utilizados por las fábricas de pasta de papel y celulosa (Llano et al., 2015; Coz et al., 2016).

4. Residuo blanquecino. Plásticos.

La hemicelulosa contenida en los residuos de papelera se compone de azúcares que puede ser aprovechados para la obtención de combustibles, productos químicos o plásticos.

En concreto, las bacterias Rhodobacter sphaeroides, entre otras, pueden utilizar los residuos de celulosa o hemicelulosa para obtener unos productos denominados PHA (PoliHidroxiAlcanoatos) o PHB (PoliHidroxiButiratos), que son muy similares al plástico polipropileno, de color blanco (Hassan et al., 1997). En química, este tipo de sustancias se denominan polímeros.

El polipropileno es un polímero obtenido a partir del propileno con el uso de catalizadores y en diferentes reactores químicos, mientras que el PHA o PHB es un bio-polímero obtenido de residuos de biomasa y normalmente con características más biodegradables (https://es.wikipedia.org/wiki/Polipropileno#Proceso_de_producci.C3.B3n; https://es.wikipedia.org/wiki/Polihidroxialcanoato; Lemos Delgado y Mina Cordoba, 2015).

En la tabla 1 se exponen las diferencias en las características de ambos plásticos.

Tabla 1. Comparación de las propiedades físicas entre PHB y polipropileno (PP)

Parámetro PHB PP
Temperatura de fusión (ºC) 177 176
Temperatura de transición vítrea (ºC) 2 -10
Cristalinidad (%) 60 50-70
Fuerza de tensión (MPa) 43 38
Extensión hasta quiebre (%) 5 400

(Jendrossek y Handrick, 2002; Lemos Delgado y Mina Cordoba, 2015)

5. Investigación en valorización de los residuos de papelera 

Los residuos obtenidos de la separación de la celulosa del resto de componentes de la madera, hemicelulosa y lignina, normalmente son aprovechados y no vertidos debido a su composición. El aprovechamiento mayoritario de este tipo de residuos es el de obtención de energía porque poseen un alto poder calorífico, fundamentalmente a partir de la lignina (http://www.aspapel.es/content/diagnostico-de-la-generacion-de-residuos-solidos-en-la-industria-papelera-espanola).

Sin embargo, la hemicelulosa no se aprovecha adecuadamente y últimamente se están desarrollando diferentes proyectos de investigación para dar uso a la hemicelulosa de los residuos, tanto en la industria del papel y la celulosa como en otros sectores (Rueda et al., 2014).

Entre los productos obtenidos a partir de los azúcares de la hemicelulosa se encuentran los combustibles (etanol, propanol, butanol o hidrógeno), los plásticos y otros productos químicos como el furfural o el xilitol (Rueda et al., 2014; Coz et al., 2016).

Además de estas iniciativas, la industria del papel y la celulosa está trabajando en buenas prácticas y en el cuidado del entorno y las personas. El sector apuesta por la madera local. De hecho, un 98% de la celulosa procede de plantaciones locales. “La industria papelera es una de las grandes interesadas en el buen uso de los bosques, de su protección y de su cuidado, por eso fomentamos que todos los proveedores de materias primas estén certificados”, comentó Enrique Isidro, presidente de ASPAPEL. Por otro lado, en cuanto al consumo de energía, el sector a nivel europeo se ha impuesto como objetivo reducir sus emisiones de CO2 en un 80% para 2050. También, es importante la labor que el sector lleva a cabo en materia de reciclaje. Las fábricas españolas reciclan 5,2 millones de toneladas de papel y cartón.

Proyecto Europeo BRIGIT

El proyecto Europeo de investigación Brigit, cofinanciado por la Unión Europea bajo el programa PF7, ha tenido como objetivo la utilización de un residuo de la industria de la celulosa para la producción de biopolímeros como el PHB. Además, los productos obtenidos pueden ser resistentes al fuego y ser utilizados en el transporte de personas y mercancías. Alberto Coz y el grupo de investigación GER-UC (www.geruc.es) ha participado en dicho proyecto junto a 16 socios de 12 países europeos. Para más información, visite la página web del proyecto: www.brigit-project.eu.

 

Referencias web:

 Artículos científicos: 

  • Bräuer SL, Adams C, Kranzler K, Murphy D, Xu M, Zuber P, Simon HM, Baptista AM, Tebo BM. 2011. Culturable Rhodobacter and Shewanella species are abundant in estuarine turbidity maxima of the Columbia River. Environ Microbiol., 13(3):589-603.
  • Coz A, Llano T, Cifrián E, Viguri J, Maican E, Sixta H. 2016. Physico-Chemical Alternatives in Lignocellulosic Materials in Relation to the Kind of Component for Fermenting Purposes. Materials 2016, 9(7):574. Open Access: http://www.mdpi.com/1996-1944/9/7/574
  • Hassan MA, Shirai Y, Kusubayashi N, Karim MIA, Nakanishi K, Hasimoto K. 1997. The production of polyhydroxyalkanoate from anaerobically treated palm oil mill effluent by Rhodobacter sphaeroides. Journal of Fermentation and Bioengineering, 83(5):485-488.
  • Jendrossek D, Handrick R. 2002. Microbial degradation of polyhydroxy alkanoates. Annual Review of Microbiology, 56:403-432.
  • Lemos Delgado AC, Mina Cordoba, A. 2015. Polihidroxialcanoatos (PHA) producidos por bacterias y su posible aplicación a nivel industrial. Informador Técnico (Colombia), 79(1):93-101.
  • Llano T, García-Quevedo N, Quijorna N, Viguri JR, Coz A. 2015. Evolution of lignocellulosic macrocomponents in the wastewater streams of a sulfite pulp mill: a preliminary biorefining approach. Journal of Chemistry, 2015, Article ID 102534, 10 pag. Open Access: http://www.hindawi.com/journals/jchem/2015/102534/
  • Rueda C, Calvo PA, Moncaián G, Ruiz G, Coz A. 2014. Biorefinery options to valorize the spent liquor from sulfite pulping. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 90(12):2218-2226.

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