Biogas conversion into biopolymers: strategies to boost process performance
- Autores: Yadira Rodríguez Muñoz
- Directores de la Tesis: Raúl Muñoz Torre (dir. tes.), Raquel Lebrero Fernández (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Valladolid ( España ) en 2022
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Pedro A. García Encina (presid.), Martín Ramírez Muñoz (secret.), Sara Cantera Ruiz de Pellón (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Química y Ambiental por la Universidad de Valladolid
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: UVADOC
- Resumen
La humanidad se enfrenta en la actualidad a dos grandes desafíos que están estrechamente relacionados y que deben abordarse conjuntamente: la contaminación por plásticos y el cambio climático. Por un lado, reemplazar los plásticos convencionales y recalcitrantes por soluciones alternativas innovadoras y respetuosas con el medio ambiente es de suma importancia para paliar el devastador impacto medioambiental derivado del uso masivo del plástico, así como para mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) generadas en su producción. Por otro lado, promover la gestión de residuos a través de biotecnologías consolidadas como la digestión anaerobia puede contribuir a la reducción de las emisiones de GEI al tiempo que se genera biogás como subproducto, una fuente de energía renovable por su alto contenido en metano y que, como otras renovables, contribuye a reducir la fuerte dependencia de la economía del planeta de los combustibles fósiles.
La bioconversión de biogás en biopolímeros se presenta como una solución que aborda simultáneamente ambos retos ambientales. Además, la evolución de plantas de biogás hacia un modelo de biorrefinería abre una nueva ventana en términos de sostenibilidad económica en el sector del biogás. Asimismo, la utilización del biogás como materia prima (no alimentaria, económica y renovable) constituye una alternativa muy atractiva a las fuentes de carbono convencionales (azúcares) empleadas en la producción de polihidroxialcanoatos (PHA). Por su gran versatilidad metabólica, las bacterias metanótrofas representan una plataforma biológica prometedora para la bioconversión del metano presente en el biogás en una diversa gama de productos de valor añadido entre los que se encuentran los PHA.
La viabilidad del biogás como sustrato para el crecimiento y la síntesis de PHA ha sido recientemente demostrada en cultivos en lote empleando la especie Methylocystis hirsuta. No obstante, la síntesis continua de biopolímeros empleando biogás en biorreactores gas-líquido presenta múltiples limitaciones: i) bajo potencial de transferencia por la escasa solubilidad acuosa del CH4 y O2, y gradientes de concentración pequeños por la dilución del biogás en aire, ii) bajas productividades de biomasa bajo las condiciones limitantes de nutrientes necesarias para inducir la síntesis de PHA, iii) conocimiento limitado de los mecanismos que gobiernan la asimilación de CH4 y de nutrientes durante el crecimiento y la síntesis de PHA en metanótrofos de tipo II, y iv) escaso conocimiento sobre estrategias operacionales en biorreactores de alta transferencia de masa para favorecer la producción de PHA mediante la bioconversión de CH4.
Esta tesis doctoral se centra en abordar dichas dificultades a través de la optimización de las condiciones de cultivo y de la evaluación de diferentes estrategias operacionales con el fin de maximizar el transporte de CH4 y O2, etapa limitante del proceso, y la bioconversión de biogás en polihidroxibutirato (PHB) utilizando metanótrofos de tipo II del género Methylocystis.
Los resultados obtenidos en esta tesis demostraron la viabilidad de las biotecnologías transformadoras de biogás a PHA como una plataforma innovadora para la generación de biopolímeros, abriendo el camino hacia un concepto de biorrefinería de biogás acoplado a la digestión anaerobia.
