Un científico del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) forma parte de un equipo de investigación que arroja nueva luz sobre cómo acceder a los azúcares encerrados en materiales vegetales para convertir los subproductos en nuevas materias primas para la producción de combustibles, materiales y productos químicos.
por el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore
Convertir pastos, malezas, madera y otros residuos vegetales en productos sustentables que normalmente se producen con productos derivados del petróleo podría ser una de las claves para lograr la neutralidad de carbono.
“El valor inherente de los biorresiduos juega un papel crucial en la promoción de una bioeconomía circular al utilizar eficientemente los desechos orgánicos para crear productos o energía valiosos, minimizando el impacto ambiental “, dijo Sankar Raju Narayanasamy, químico físico de LLNL.
Narayanasamy se asoció con colegas de la Universidad de California, la Facultad de Ciencias Agrícolas y Ambientales de Davis, la Facultad de Ingeniería de UC Davis y el Programa de Imágenes de Biología Estructural Infrarroja Sincrotrón de Berkeley (BSISB) en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL) en la investigación, que funcionó de 2018 a 2023.
Se espera que su trabajo, publicado en la revista Green Chemistry , ayude a reducir las barreras tecnológicas y facilite la conversión sostenible de material vegetal, incluidos los subproductos agrícolas.
“Queremos utilizar residuos vegetales y hay muchos desechos vegetales por ahí”, dijo Tina Jeoh, profesora de ingeniería biológica y agrícola en UC Davis.
Narayanasamy, Jeoh y dos investigadores de BSISB en LBNL utilizaron una herramienta de espectromicroscopía, llamada instrumento infrarrojo de transformada de Fourier sincrotrón, en Lawrence Berkeley para medir reacciones enzimáticas en tiempo real ante cambios en el medio ambiente. La tecnología permite la obtención de imágenes y análisis químicos simultáneos.
Desbloqueando azúcares
Los biocatalizadores, que aceleran reacciones químicas, necesitan azúcares para determinadas conversiones, como la fermentación. Los azúcares baratos, renovables y sostenibles que no compitan con la demanda de alimentos son clave para esa transformación.
“Estos azúcares son clave para establecer una bioeconomía basada en el ciclo del carbono renovable para obtener biocombustibles, bioquímicos y biomateriales alternativos a las versiones obtenidas con combustibles fósiles”, dijo Jeoh.
Encontrar una mejor manera de desbloquear los azúcares podría hacer avanzar la tecnología utilizada en las operaciones de producción sostenible.
“Los sistemas biológicos funcionales dependen de que la química tenga lugar en el momento y lugar correctos”, dijo Narayanasamy. “El seguimiento de la ubicación y concentración de las moléculas a lo largo del tiempo es el paso de caracterización clave para estas investigaciones biológicas.
“Determinar la ubicación y la concentración es relativamente fácil si la molécula de interés se produce en altas concentraciones o se distribuye en grandes áreas, pero caracterizar con precisión una pequeña cantidad de moléculas producidas en la biomasa nativa sigue siendo un desafío para muchos investigadores. Y esto se vuelve aún más complicado cuando tiene que ser ejecutado en un ambiente abierto”, dijo.
Un desarrollo y una demostración de tecnología realizados por investigadores de LLNL y LBNL combinaron técnicas de fabricación avanzadas, imágenes, análisis de big data y microfluidos de alta densidad. Allana el camino para futuros estudios en LLNL para aplicaciones de seguridad bionacional que implican la caracterización de alto rendimiento de biomoléculas como tejidos, muestras de suelo y biomasa en su estado nativo.
La tecnología del recurso de imágenes BSISB del Laboratorio de Berkeley permite a los investigadores analizar longitudes de onda infrarrojas y caracterizar procesos bioquímicos tanto en el lugar como en el tiempo.
“En realidad, confirmó mucho de lo que pensábamos que estábamos viendo, lo cual es muy emocionante”, dijo Jeoh.
Más información: Tina Jeoh et al, Dinámica espaciotemporal de la celulosa durante la hidrólisis enzimática estudiada mediante espectromicroscopía infrarroja, Green Chemistry (2023). DOI: 10.1039/D3GC03279E
