El Instituto Politécnico Nacional (IPN) impulsa una de las tecnologías biotecnológicas más prometedoras para la transición energética de México. Un sistema capaz de transformar residuos agrícolas y desperdicios alimentarios en bioetanol, bioplásticos biodegradables y biocarbonos avanzados. Este proyecto, liderado por los investigadores de la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas (ENCB), Jorge Alberto Mendoza Pérez y Elier Ekberg Neri Torres, fue seleccionado para recibir financiamiento en la categoría de energía durante el Tercer Encuentro de Redes de Investigación Politécnicas para desarrollar un biorreactor one-pot. Este apoyo marca el inicio de una fase clave para integrar, fortalecer y escalar la tecnología.

TONELADAS DE RESIDUOS SE DESPERDICIAN CADA AÑO

De acuerdo al Plan de Manejo de Residuos Agrícolas de la Secretaría de Agricultura y Desarrollo Rural (Sagarpa, 2015), México generó más de 80 millones de toneladas de residuos agrícolas al año, y aunque no exista una cifra más actual. A nivel mundial, los residuos agroindustriales representan una fracción creciente de los 11 mil 200 millones de toneladas de residuos sólidos generados cada año.

La mayoría de esta biomasa —paja, tallos, rastrojos, cáscaras y hojas— termina quemándose o desechándose, lo que contribuye a emisiones contaminantes y a la pérdida de recursos de alto valor. “Ese volumen enorme de residuos puede transformarse en algo útil; no tienen por qué quedarse tirados o convertirse en contaminación”, explicó el doctor Jorge Alberto.

La pieza central del proyecto es un biorreactor concebido bajo los principios de química verde y economía de reacciones. Se trata de una innovación tecnológica que integra el metabolismo de un consorcio de microorganismos para obtener combustible, bioplásticos y otros subproductos en una sola unidad: un verdadero sistema one-pot.

“Antes necesitábamos un reactor para cada transformación. La química verde nos enseñó que era posible unir procesos y hacer que un biorreactor realizara todo el trabajo”, detalló Mendoza Pérez en entrevista para la Agencia Informativa Conversus (AIC).

Dentro del reactor, miles de levaduras, bacterias, entre otros trabajan como un consorcio capaz de transformar los azúcares presentes en los residuos en bioetanol, un biocombustible renovable indispensable para sustituir aditivos dañinos en gasolinas.

El mismo consorcio microbiano también puede acumular polihidroxialcanoatos (PHAs), polímeros que permiten obtener bioplásticos 100 por ciento biodegradables y que se posicionan como una alternativa real a los derivados del petróleo.

Además, el proceso genera biochar y nanocarbonos a partir de pirólisis, materiales valiosos para agricultura regenerativa y aplicaciones industriales.

La eficiencia del reactor ya ha sido demostrada: el equipo politécnico ha probado la metodología con una gran variedad de residuos como sargazo, lirio, bagazo, frutas y cáscaras. Un estudio publicado en 2021 en Industrial Crops and Products, donde el doctor Mendoza es coautor, demostró la capacidad de transformar bagazo de agave en azúcares fermentables y metano, validando el potencial.

¿CÓMO FUNCIONA UN BIORREACTOR TODO EN UNO?

El proceso de funcionamiento de este biorreactor consiste en tres partes. La fermentación, donde los residuos pulverizados ingresan al reactor. Las levaduras descomponen polisacáridos, fermentan los azúcares y generan bioetanol.

Después, cuando los azúcares disminuyen y las condiciones cambian, las levaduras entran en estrés metabólico y comienzan a producir estos biopolímeros dentro de sus células. Y aquí es donde los investigadores pueden conseguir los PHAs (biopolímeros).

Finalmente se llega a la pirólisis, un proceso termoquímico donde se descomponen los materiales orgánicos mediante calor extremo en ausencia de oxígeno, que consiste en calentar la biomasa sobrante en ausencia de oxígeno para obtener el biochar y nanocarbonos.

Como lo describe Mendoza, “esta secuencia integrada permite valorizar incluso lo último que queda del proceso”. El proyecto no solo avanza en términos de procesos industriales, sino también en la comprensión molecular del consorcio microbiano que hace posible el reactor.

Desde la ENCB, el docente Elier Ekberg Neri Torres ha caracterizado la maquinaria enzimática de bacterias y levaduras para identificar qué especies responden mejor a distintos residuos agrícolas. “Necesitábamos saber qué levaduras tienen la batería enzimática adecuada para degradar estos polisacáridos; a partir de simulaciones y modelos In silico podemos predecir cuáles son las más eficientes para generar tanto alcohol como PHAs”, explicó Neri Torres.

Una revisión publicada en 2024 en la revista Energies —donde Neri Torres es coautor— detalla por qué las levaduras son excelentes productoras de biocombustibles: crecen rápido, toleran condiciones difíciles y usan una amplia variedad de sustratos.

Su investigación molecular permitió descubrir una levadura altamente resistente, capaz de fermentar residuos diversos como frutas, sargazo, lirio y biomasa agrícola, y al mismo tiempo acumular PHAs. “Encontrar una levadura que pueda generar alcohol y, al mismo tiempo, acumular PHAs nos abrió la puerta a un proceso verdaderamente integrado”, agregó.

Este avance consolidó la viabilidad del sistema one pot y abrió paso a lo que el equipo ya visualiza como una biorrefinería Politécnica.

COLABORACIÓN QUE UNE CIENCIA, INGENIERÍA Y MODELADO MOLECULAR"

El proyecto es un esfuerzo conjunto de las Redes de Investigación y Posgrado Politécnicas del IPN, un modelo colaborativo donde especialistas de distintas áreas trabajan para resolver problemas reales y poner “La Técnica al Servicio de la Patria”.

En este proyecto interviene la ENCB, pero también investigadoras e investigadores de otras sedes del IPN como la Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas (UPIITA), en la instrumentación, monitoreo y diseño de secadores solares; del Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada (CICATA), Unidad Legaria, con la ingeniería de separación por membranas y diseño de procesos; y del Centro Mexicano de la Producción Más Limpia (CMP+L), con análisis moleculares y estrategias de valorización.

“Unir fermentación, dinámica molecular, membranas selectivas y pirólisis en un solo proceso no es trivial; requiere la fuerza conjunta del IPN”, puntualizó Neri Torres.

IMPULSO QUE ABRE ESCALABILIDAD, BIOREFINERÍAS Y TRABAJO CON PRODUCTORES

El proyecto obtuvo 1.5 millones de pesos en financiamiento que se destinarán a nuevos biorreactores, membranas de separación, secadores solares y software especializado.

Este impulso permitirá iniciar la siguiente etapa: la vinculación con productores agrícolas del Estado de México para recolectar, secar y caracterizar su propia biomasa.

“Si logramos escalar, podemos crear empleos, capacitar a productores y fortalecer economías locales con un modelo de economía circular”, destacó el politécnico Mendoza.

A mediano plazo, el equipo busca consolidar una biorefinería capaz de trabajar con distintos residuos y generar múltiples productos de valor. “México lo necesita y el IPN puede construirlo”, afirmó Neri Torres.

CIENCIA MEXICANA QUE TRANSFORMA FUTURO

La propuesta del IPN demuestra que México tiene la capacidad de transformar residuos que normalmente se desechan o queman en energía renovable, materiales sustentables y soluciones industriales de alto valor.

En un contexto donde el país busca alternativas limpias y modelos productivos circulares, esta tecnología ofrece una ruta concreta hacia una transición energética más justa y sostenible, alineada con los compromisos asumidos en la Conferencia de las Partes de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (COP27).

Es prueba de que la ciencia mexicana no solo explica el presente, sino que está reescribiendo el futuro a partir de lo que ya no es útil.