El proyecto denominado Manejo sustentable de lirio acuático para el saneamiento y protección de cuerpos de agua considera la especie vegetal como maleza nociva y busca erradicar el problema mediante el uso del lirio acuático como recurso biótico. Las gamas de alternativas de uso son variadas y contemplan la obtención de biogás, enzimas, nanocristales, composta y bioetanol.
La propuesta nace en 2014, para presentarse en la Convocatoria de Proyectos de Desarrollo Científico para Atender Problemas Nacionales del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), bajo la dirección del doctor Ernesto Favela Torres, del Departamento de Biotecnología de la UAM.
Es por invitación del titular del proyecto que se sumó a las filas de esta investigación el doctor Ricardo Hernández Martínez, catedrático e investigador adscrito al Instituto Tecnológico Superior de Tierra Blanca, con el propósito de trabajar en el aprovechamiento del lirio acuático para la obtención de bioetanol.
Impacto ambiental del lirio acuático
El camalote, flor de agua o lirio acuático (Eichhornia crassipes) es una especie vegetal que pertenece al subreino de las plantas vasculares y es originaria de Sudamérica. De acuerdo con información de la Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad (Conabio), el lirio acuático es una planta flotadora o fija al sustrato, que crece en aguas dulces como arroyos, ríos y pantanos.
Es considerada como una plaga o maleza nociva debido a que afecta la supervivencia de animales y plantas nativas, asimismo, afecta la práctica de la acuacultura al impedir el libre paso del oxígeno. Se estima que cubre al menos 40 mil hectáreas de cuerpos de agua en el país, perjudicando también el libre paso del agua o la navegación.
La Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO, por sus siglas en inglés) cataloga el lirio acuático como maleza acuática, pues la infestación extensa puede provocar problemas como la evapotranspiración, sedimentación e inundaciones.
La propagación del lirio acuático reduce el flujo de agua en ríos, canales y represas, lo que favorece el proceso de sedimentación y, por consiguiente, disminuye la profundidad del manto acuífero. Debido a la obstaculización por extensiones de lirio acuático, o sedimentación provocada, las inundaciones son frecuentes en periodos de alta precipitación.
Por otra parte, la evapotranspiración es un proceso de pérdida de humedad de la superficie por evaporación en conjunto con la pérdida de agua por transpiración de la vegetación, mismo que aumenta en superficies cubiertas por lirio acuático, en comparación con superficies de agua descubiertas.
Biocombustible de segunda generación
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El especialista en biotecnología Ricardo Hernández y el ingeniero en industrias alimentarias Luis Alberto Figueroa Torres, ambos pertenecientes al ITSTB, trabajan en la obtención de etanol a partir de lirio acuático. Esta iniciativa surge por la invitación del doctor Ernesto Favela Torres a participar en el proyecto Manejo sustentable de lirio acuático para el saneamiento y protección de cuerpos de agua.
“El lirio acuático es biomasa con alto contenido de compuestos lignocelulolíticos, que puede ser aprovechada para la producción de etanol, e inclusive se considera de segunda generación, ya que no entra en conflicto con las materias primas de primera generación destinadas a la producción de alimentos”, detalló Luis Alberto Figueroa.
Con esta consigna, los científicos iniciaron la investigación “Aprovechamiento de lirio acuático de la región de la Cuenca del Papaloapan, para la producción de bioetanol”, que es parte también del proyecto de Cátedras Conacyt (694) titulado “Aprovechamiento integral de residuos agroindustriales de la Cuenca del Papaloapan”.
La propuesta contempla la identificación de zonas con infestación de lirio acuático y la producción de etanol utilizando métodos para la sacarificación y fermentación. La combinación de métodos que proponen es la explosión con vapor, seguido de un tratamiento enzimático.
Ricardo Hernández explicó que el proceso para la obtención de etanol consta de los pasos siguientes: recolección de lirio acuático, acondicionamiento, sacarificación y fermentación alcohólica. Durante la etapa de acondicionamiento, el lirio es sometido a lavado, separación de hojas, tallos y raíces, reducción de tamaño y, finalmente, secado.
Respecto al secado, Luis Alberto Figueroa comentó que las hojas se someten a un secado solar para retirar el agua de la planta, proceso que favorece la conservación de la muestra por tiempos prolongados. En la sacarificación, ocurre una liberación de azúcares mediante una conversión de celulosa a moléculas de glucosa.
“La sacarificación para este proyecto se propone como pretratamiento para liberar el azúcar contenido en la materia orgánica, de esta manera se realizarán dos pretratamientos simultáneos de sacarificación: primero uno físico, el cual consiste en explosión por vapor, y el segundo será un pretratamiento biológico realizado con enzimas”, precisó Luis Alberto Figueroa.
Finalmente, en la etapa de fermentación alcohólica, metabolizan la glucosa generando como producto el etanol, por medio de la fermentación por levaduras.
“Es importante mencionar que las enzimas que se pretenden utilizar en la combinación de métodos son xilanasas y celulasa, las cuales serán producidas por fermentación en estado sólido utilizando lirio acuático y bagazo de caña”, agregó el doctor Ricardo Hernández.
Los expertos compartieron que de un kilogramo de lirio acuático previamente deshidratado se obtienen aproximadamente 20 mililitros de etanol. Sin embargo, para obtener un kilogramo de lirio deshidratado, es necesario recolectar entre ocho y 10 kilogramos de lirio húmedo.
Biocombustible amigable con el ambiente
El etanol es un compuesto químico que se obtiene a través de la fermentación de los azúcares, comúnmente es utilizado como combustible y representa una alternativa al consumo de combustibles derivados del petróleo.
Los investigadores responsables de esta investigación explicaron que el etanol obtenido del lirio acuático puede tener diversas aplicaciones, como en la industria farmacéutica, en productos y procesos químicos y, particularmente, como biocombustible en vehículos.
“El beneficio de explotar este recurso biótico radica principalmente en la eliminación y control de esta maleza nociva que afecta las zonas donde se encuentra, de igual forma, se contribuye a la industria de biocombustibles o combustibles amigables con el ambiente, a partir de un recurso biótico que no es aprovechado”, reiteró el ingeniero Luis Alberto Figueroa.
Un proyecto integral
Los doctores Ricardo Hernández, Manuel Lizardi y Tannia Quiñones, todos ellos investigadores adscritos al Instituto Tecnológico Superior de Tierra Blanca, forman parte del proyecto 694 de Cátedras Conacyt, nombrado “Aprovechamiento integral de residuos agroindustriales de la Cuenca del Papaloapan”. En dicho proyecto, los especialistas se han dado a la tarea de estudiar los desechos agroindustriales de la región y su potencial biotecnológico.
Derivado de estos análisis, los investigadores planean utilizar el bagazo de caña y la corona de la piña para la producción de etanol a bajo costo, ya que ambos residuos son ideales para el proceso.
Actualmente, los investigadores se encargan de la identificación de zonas con problemas de infestación de lirio acuático en la región de la Cuenca del Papaloapan, de donde han tomado muestras para su acondicionamiento. Los sitios examinados hasta ahora son los ríos Amapa y Arroyo Hondo, además de la laguna María Lizamba.
“Como investigador joven, pretendo que un problema se convierta en ventaja para la región, ya que al valorizar recursos bióticos no aprovechados y residuos agroindustriales generados en la región se pueden generar una infinidad de beneficios, entre los que destaca el impacto positivo al ambiente”, finalizó Ricardo Hernández.