Fermentación acetona, butanol, etanol

Introducción

La fermentación ABE (fermentación acetona-butanol-etanol) es un proceso que hace uso de la fermentación bacteriana para producir acetona, n-butanol y etanol a partir de carbohidratos tales como el almidón y la glucosa.

La fermentación ABE produce solventes en una proporción de 3 partes de acetona, 6 partes de butanol y 1 parte de etanol.

Acetona

Butanol

Etanol

Antecedentes

El proceso fue desarrollado por el químico Chaim Weizmann, y fue el principal proceso utilizado durante la primera guerra mundial para producir acetona, compuesto destinado a la producción de cordita, una sustancia esencial para la industria de guerra británica.

El butanol también era un excelente disolvente para las lacas de secado rápido utilizadas por la industria del automóvil para pintar los coches

Los principales sustratos para estos fueron el maíz, el trigo y el centeno.

Filamentos de cordita en un cartucho de rifle británico

Después de la Segunda Guerra Mundial, la industria de la fermentación ABE sufrió una aguda competencia por parte de la industria petroquímica, que floreció a un ritmo sin precedentes. La industria petroquímica ofrecía grandes cantidades de acetona y butanol, mucho más baratos, por lo que la fermentación ABE no resultaba rentable.

Aplicaciones a futuro

El butanol biogénico es un posible sustituto del bioetanol, o incluso mejor, y ya se emplea como aditivo de combustible y como combustible puro en lugar de la gasolina estándar porque, a diferencia del etanol, puede utilizarse directamente y con eficacia en los motores de gasolina. Además, tiene la ventaja de que puede enviarse y distribuirse a través de las tuberías y estaciones de servicio existentes.

Butanol en comparación de otros combustibles

El interés de la comunidad científica y de la industria por el proceso ha resurgido debido al agotamiento de las reservas de petróleo y a la gran fluctuación de su precio. La investigación básica se dirige ahora a mejorar todo el proceso mediante el uso de cepas manipuladas genéticamente, sustratos de fermentación alternativos más baratos y con mejores técnicas de cultivo.

Se ha podido comprobar que las propiedades del butanol se asemejan más a las de la gasolina que a las de cualquier otro combustible. La sustitución de la gasolina por el biobutanol supondría una penalización en el consumo de combustible de aproximadamente un 10%, pero el kilometraje del butanol aún no se ha evaluado.

Áreas de mejora

Para tener una productividad y una rentabilidad comparables a las de los procesos petroquímicos, se necesitan soluciones rentables y energéticamente eficaces para las secciones de purificación del producto que proporcionen una recuperación significativa del producto con la pureza deseada.

Las principales soluciones adoptadas durante las últimas décadas han sido las siguientes:

 Las modificaciones de los microorganismos o la investigación de nuevas cepas menos sensibles a la intoxicación por concentración de butanol

 La optimización del reactor de fermentación para aumentar la productividad

 La reducción de los costes energéticos del proceso de separación y purificación posterior

Sustancias y protocolos de fermentación

La producción microbiológica de Acetona, Butanol y Etanol a partir de materias primas renovables se ha vuelto una oportunidad al emplear microorganismos del género Clostridium sp. La cepa más utilizada es la Clostridium acetobutylicum. Esta cepa tiene la ventaja de que es capaz de metabolizar una gran cantidad de sustratos. Además, libera gran cantidad de enzimas distintas al medio.

Los sustratos actualmente utilizados para la fermentación ABE incluyen paja de trigo, fibra de maíz, orujo de manzana, además de varios otros sustratos derivados de la lignocelulosa, como la pentosa y la hemicelulosa hidrolizada.

Este proceso de fermentación se puede llevar a

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