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miércoles, 16 de marzo de 2011

JOULE UNLIMITED: "COMBUSTIBLE A PARTIR DE LA NADA" SE ACERCA MÁS Y MÁS CLARO.

Por: Jim Lane.
23-agosto-2010.
En Massachusetts, el reservado Joule Unlimited (entonces conocido como Joule Biotechnologies) surgió a finales del 2009 de "modo oculto" con el anuncio sorprendente de que su tecnología podría producir hasta 15,000 galones por acre (por año) de hidrocarburos, del tipo de combustibles drop-in, utilizando sólo la luz solar, CO2 y agua (dulce, salobre o salina) como insumo. El convertidor de energía solar - incluyendo nuevas características radicales de micro-organismo y una tecnología conocida como heliocultura - es el corazón de la propiedad intelectual de Joule. 

¿Se  cambia todo el anuncio? No. ¿Va a cambiar el panorama competitivo  de los biocombustibles? Ya esta, y conceptualmente contiene los  cuatro jinetes de un mercado apocaliptico de capital de riesgo, de  tan caro amor: es disruptivo, escalable, de tecnología competitiva  y protegida.

Leer informe inicial sobre Joule (http://www.biofuelsdigest.com/blog2/2009/11/10/fuel-from-thin-air-joule-reports-direct-microbial-conversion-of-co2-into-hydrocarbons-no-biomass-no-extraction-no-refinement/).


Como se ha señalado, las tecnologías relacionadas resuelven simultaneamente el problema de recursos, conocido por algunos como "alimentos versus combustible" (y por otros como "los precios de materias primas al alza"), la infraestructura y los retos del producto en adopción sea etanol o biodiesel, ha marcado el tipo de productividad y la comercialización inicial. El combustible de Joule tenía fama por sus partidarios de sercompetitivo con el petróleo a US $ 30.
Pero, ¿funciona?

La reacción.
Después de pasar la sorpresa , surgieron algunas críticas de la comunidad de los biocombustibles. ¿Cuál es exactamente el organismo? ¿No había intentos previos de tramar con magia oculta a lo largo de los papeles donde todos fallaron como al parecer Joule ? ¿ De dónde viene todo el CO2 ? ¿La empresa recaudaría algún dinero auténtico? ¿Y por qué, criticaban algunos?, es su queja mucho más; básicamente, un comunicado de prensa - es decir, ¿un microorganismo no divulgado que podra funcionar a escala de banco?
JOULE: UN AÑO DESPUÉS.

A pasado más de un año; y Joule ha construido y opera actualmente en una planta piloto en Leander; Texas, dicen que han demostrado mediante una prueba de concepto, sobre 10 productos químicos renovables que avalan el laboratorio que ellos describen como "mezcla de patrones de los productos finales". La compañía cambió su nombre por el de Joule Unlimited; y se ha colocado en un camino hacia lo que denomina la fase inicial de la comercialización a finales de 2011, que comenzará con una demostración y agregara a continuación; la utilización de la modularidad de la tecnología de la compañia de tipo solar de forma rápida y a escala. 
     
Todavía no ha sido analizado el tremendo montón de cosas que hay en los medios de comunicación acerca de la magia oculta de Joule; y mucho menos aún el análisis del sistema general de Joule. Así que Selecciones pasó algún tiempo con el CEO Bill Sims, y sobre los talones de nuestra revista "Los biocombustibles Solares"; esto es lo que hemos aprendido acerca de Joule.
Bill Sims, CEO Joule Unlimited.

La divulgación o la falta de interes con respecto a la magia oculta de Joule.
"Definitivamente, queremos comunicar nuestro pensamiento acerca de las revelaciónes," Sims se ha referido así. "Es obvio que hemos diseñado un fototrofo para producir hidrocarburos. Una forma de pensar es que, al revelar, estamos simplemente permitiendo la competencia. " 
     
¿Qué es exactamente un fotótrofo?
Un organismo que crea energía de la luz solar, del CO2 y materiales inorgánicos - tradicionalmente a través de la fotosíntesis - como las plantas, algas y algunas bacterias fotosintéticas. El otro tipo de organismo - como los seres humanos , por ejemplo, puede crear energía sólo por el consumo de otros materiales orgánicos (plantas, animales, etc, etc). Estos son los llamados heterotrofos .

      
Regresando a Joule.
"Pero es más que eso ", sostiene Sims, es importante no centrarse en esa parte -en el organismo plataforma para realizar la tarea, o en muchos organismos. El organismo por sí solo no hace el trabajo. Es el enfoque sistemático: un convertidor de energía solar, el bioprocesamiento, y los sistemas de aguas corrientes lo que reune la totalidad.


"El convertidor de energía solar es un dispositivo distinto a los que se haya desarrollado. Se provee de agua a el organismo, la captura de CO2 y de los fotones, el control de las unidades térmicas, mezclar la solución, la separación del producto - la transferencia de agua y las instalaciones de separación final en un proceso continuo de extinción de todos los fotones. 


"Queremos divulgar [el microorganismo] en el contexto del proceso general. En un tiempo relativamente breve, lo que estamos haciendo se aclarará ". 
     
¿Qué producen? hidrocarburos para combustible, por una parte, los también conocidos como "combustibles drop-in". Pero también - y en un principio, el etanol. Incluso tiene la capacidad para producir biodiesel. Además los productos químicos renovables mencionados , que se llevaría a cabo en colaboración con los productores de sustancias químicas comom, un mercado en desarrollo. 
     
Joule vs tecnologías competidoras.
"Estamos a la vanguardia de un nuevo enfoque", dijo Sims, en referencia a la clase de tecnologías avanzadas - más aún en laboratorio o en etapa de concepto - que no utilizan la biomasa como producto intermedio para la producción de combustibles renovables, como el maíz, azúcar o algas. "Utilizando una biomasa intermedia, así la solución este ahí fuera tal vez para un puñado de empresas, podría ser exitoso. Pero son una alternativa a los combustibles derivados del petróleo. Somos un reemplazo". 
     
¿Es el combustible de Joule un biocombustible para todo?
Depende de cómo se defina. De acuerdo con Sims, no. Eso es porque no se utiliza una biomasa intermedia – como el procesamiento de combustible, por ejemplo, a partir de algas o de maíz. O incluso la  alimentación con azúcar de la magia oculta la cual produce una molécula de hidrocarburo.

Pero con el uso de un organismo de origen biológico como base para la síntesis de los combustibles a partir de luz solar, CO2 y agua, Joule va mucho más allá de hacer un biocombustible. Pero es un tipo totalmente diferente de biocombustible. Respecto a las propiedades fotosintéticas del organismo no están siendo utilizadas para hacer biomasa - y de otra manera satisfacer las necesidades de energía y la vida del organismo- se dirigen a la fabricación del combustible. 
     
Jouel lo llama un combustible solar. Creo que, por ahora el público no está preparado para una transición radical en la terminología. Lo vemos aquí como un puntos de vista radicalmente olvidado cuando se escribe sobre "los combustibles solares líquidos" o de "electrocombustibles". Así que, por el momento, vamos a llamarlo un biocombustible solar. 
     
¿Es la magia oculta de Joule una nueva forma de vida?
Bueno, en primer lugar, hay más de una magia oculta. vealo así, Joule no funciona fuera de la magia oculta, sino con una idea de magia oculta. 
     
No es una nueva vida, pero esta muy cerca. Algunas estrategias de mejora de plantas, las cuales eliminan o se sobreexpresan ciertos genes mejorados, se cierra, o se introduce una propiedad nueva en un organismo. Joule hace todo eso, también. Pero espere, como la gente diría, hay más. 
     
"Comenzando con E. coli, que se ha utilizado por ser una bacteria bien estudiada como base para la interpretación de una serie de habilidades basadas en la genética - una habilidad para la fijación de dióxido de carbono, una habilidad para atraer las     moléculas de agua, una habilidad para la fijación de fotones - y una habilidad para la conversión de los insumos - en una serie de transformaciones químicas conocidas como vía metabólica - en un hidrocarburo que se puede utilizar como combustible. Todo ello mientras usen el sistema E. coli para la preservación de su propia vida y la regulación de sus propios sistemas. 
     
Es un poco como un teléfono celular, en fin, perdón por el juego de palabras. Un teléfono celular se encuentra en la parte superior del genoma humano, aprovechando las capacidades humanas (el pulgar opuesto para sostenerlo, los dedos para presionar las teclas , la inteligencia para manipular y entender, y los ojos para leer los resultados), pero confiere un conjunto de nueva gama de habilidades y oportunidades a el  organismo original. 
     
Sin embargo, avanzando un poco más. Piense en un dispositivo integrado - por ejemplo, un miembro artificial. Que no sólo otorga nuevas competencias a la manera del hombre de los 6 millones de dólares (o reemplazelo), pero se integra con el sistema existente. Eso es aún lo más parecido a la magia oculta de Joule que se puede.

Por supuesto, para describirlo a los profanos. En términos abreviados de un biólogo lo describiría como unas propiedades autótrofas conferidas a un organismo heterótrofo. 
¿Es solar, o es bio?
Bio, con certeza, pero con algunos atributos de energía solar. En primer lugar, convierte la energía directamente del sol, no presenta diferencia de los sistemas de energía solar - pero a diferencia de los biocombustibles tradicionales o la energía eólica, que utilizan un intermediario. Tiene algunos otros atributos más interesantes que la energía solar - a saber, la modularidad y la escala del convertidor solar de Joule. Agreguele, algunos aspectos como una serie de paneles solares. Sólo que, a diferencia de los paneles solares, no consume únicamente la luz del sol, consume CO2 y agua. 
     
¡se quedará sin agua potable!
Qué bueno que pregunta. No, no. El sistema de Joule se siente cómodo con el agua dulce, salobre o salada.

¡nos quedaremos sin CO2!
Según los científicos del clima, no es un gran problema. La tecnología de Joule se pierde en el nirvana de la biotecnología - el diseño de un sistema que puede alcanzar una alta productividad basada en el CO2 de la atmósfera ambiente. Sin embargo, se basa en los residuos de CO2 - a partir de plantas de cemento, de energía de carbón, plantas de etanol, por ejemplo. Para cualquier emisor que esté buscando convertir un problema en una oportunidad monetaria.
¿Ésta es una historia de conversión de carbono?
"No somos una historia de conversión de carbono", dice Sims. "Somos una empresa de combustibles y productos químicos. Hay suficiente volumen de residuos de CO2,           pero no estamos salvando al mundo del CO2. Pero hay una gran cantidad de lugares -en particular, hemos visto una gran disponibilidad de tierras, como hicimos nuestros deberes. No podemos decir que no es un reto - por ejemplo, la disponibilidad de agua. Sin embargo, en las zonas desérticas pueden haber acuíferos salobres o salinos.
La escala y la financiación.
Tenemos un claro diferenciador, Sims añade. "Podemos mostrar a pequeña escala lo que es factible a gran escala, desde el día 1. No necesitamos una instalación a gran escala - no hay prueba del concepto de gigantismo- debido a la modularidad del diseño ".¿De la financiación.? "Hay suficientes fondos por los TIR grandes."
            
Hablamos sobre el reciente aumento de la actividad de las oficinas de propiedad intelectual en el sector.  ¿está Joule viendo el mismo incremento en los intereses? 
           
"Estamos viendo mucho más interés de los inversionistas. Hace un año se anunció, y que a nuestro propio alcance un buen puñado de instituciones - en ese momento, más una visión general de alto nivel, incluidos los bancos y similares. Muy pocos bancos hablan acerca de la energía líquida. En 12 meses, que ha cambiado, y hay          innumerables empresas dando vueltas alrededor, con ganas de estar en el radar. Con otras instituciones, existe una mayor actividad. Han superado las heridas del etanol de maíz. Es como: "esto es más". Estos chicos leen el periódico, también, y que ven la demanda procedente de las compañías aéreas y los militares. Ellos entienden que el fracaso de los planteamientos iniciales no es una razón para mantenerse al margen de un mercado. La mejora de la tecnología, llevó a la gente algo de tiempo para entender más de lo que pasó, pero ahora hay demanda ". 
            
La economía.
Aparte de algunas orientaciones públicas limitadas, en la línea de "ser competitivo con el petróleo a US $ 30" no tenemos mucho para seguir adelante. Sabemos que la luz del sol es gratis, el agua salobre es abundante, virtualmente sin costo, y con los residuos de CO2 la competencia es en muchos casos por la captura del carbono y por los sistemas de almacenamiento que cuestan US $ 40 por tonelada en adelante. Así que los costos de las materias primas son mínimos, aunque puede haber algo de nitrógeno, potasio, fósforo y otros costes de micronutrientes allí - que no es del todo clara, basada en los accesos limitados. Pero estos son relativamente mínimos con base en los precios por galón en la competencia por los sistemas de micro-organismos.
      
Lo que queda es la tierra, y los costes de capital para la construcción de los convertidores de energía solar, además de el mantenimiento. Vamos a tener que ver la ingeniería para saber más, pero con Joule se recaudara US $ 30 millones esta       primavera con inversores que han visto los costes detallados, no hay duda de que sus prototipos son sólidos, si la productividad proyectada se puede lograr de forma sostenible.
EN EL PROGRESO DE JOULE ¿QUÉ SE HA ENTENDIDO Y QUÉ NO SE HA ENTENDIDO?

"Sabemos que no hemos dicho mucho", dice Sims. "Y que algunas personas creen que estamos utilizando procesos que se han demostrado que no funcionan. En términos de estos procesos, hemos tomado en serio los datos del NREL y la investigación de      otras personas en campo. Y estamos de acuerdo con él. Tomamos un enfoque diferente.
   
"También hemos escuchado lo mismo sobre los 100,000 galones por acre como cualquier otra persona, y entendemos por qué la gente dice lo que dice de los 15,000 galones por acre. Pero ya con 10.000 galones por acre y por año con el etanol y es cuatro veces lo que la biomasa puede lograr con los métodos antiguos.
      
"No nos han dicho que lo hemos hecho, todo ha terminado. Sólo hemos declarado lo que es posible y hemos contratado los mejores para alcanzar nuestros objetivos. Y tenemos un equipo invencible, y una junta de asesoramiento científico sobresaliente ".
En apéndice: una mirada a la magia oculta de Joule, en un poco de más detalles(técnicos).

Advertencia: Vamos a tratar de mantenerlo bastante sencillo, pero este material no es un simple punto muerto para los no iniciados un poco en la biología sintética(entes sintéticos).

Nuestra fuente: Julio 2009 solicitud de patente de Joule para "ORGANISMOS CAPTADORES DE LUZ CREADOS POR INGENIERÍA GENÉTICA".

Además, ver su solicitud de patente de agosto 2009 para "ORGANISMOS HIPERFOTOSINTÉTICOS "



Algunos antecedentes sobre la fotosíntesis y sus limitaciones.
"La fotosíntesis, debido a su evolución natural, es un sistema extremadamente complejo, con numerosos circuitos de retroalimentación y mal entendido, los mecanismos de control, y las ineficiencias del proceso. Este complicado sistema presenta probables obstáculos insuperables con cualquiera de los dos factores a la vez, ya sea con el enfoque global o con el enfoque de optimización" .
      
"Los actuales organismos fotoautótrofos son poco adecuados para los bioprocesos industriales. En particular, dichos organismos tienen un tiempo de duplicación lento (de 3 a 72 horas) en comparación con los organismos heterótrofos industrializados, tales como la Escherichia coli (20 minutos )".
      
Además, las técnicas para la manipulación genética (knock-out, la sobre-expresión de transgenes a través de la integración o  la propagación del plásmido episomico) es ineficiente, lenta, laboriosa, o inexistente".
"Teniendo en cuenta estas deficiencias, el actual acceso identifica las vías y mecanismos que le confieren propiedades autótrofas a un organismo heterótrofo".
La célula resultante de diseño sintetofototrofico u organismo únicamente permitirá la conversión eficiente de dióxido de carbono y de la luz en biomasa y en los productos de interés basados en el carbono ".

Véase también nuestro resumen en Selecciones: Para fijar el carbono, los alimentos, la energía: arreglar la RuBisCO (la madre de todos los desafíos en biocombustibles)(http://pinonengranado.blogspot.com/2011/04/importancia-de-la-enzima-rubisco-en-la.html), texto original en inglés:   (http://biofuelsdigest.com/bdigest/2010/05/11/to-fix-carbon-food-energy-fix-rubisco-first/).

El panorama general.
Lo que vas a leer es el proceso de conferir a todos, las propiedades a E. coli, u otros organismos candidatos -necesarias para tomar las moléculas de agua, la recolección y fijación del CO2, la recolección y fijación de los fotones, y comenzar la transformación metabólica de la energía a los productos químicos, que en última instancia resultan en un hidrocarburo. Al mismo tiempo, optimizar y reducir al mínimo los pasos para eliminar las ineficiencias que existen en los actuales organismos fotosintéticos.
La base para el organismo.
"El laboratorio adapta cepas de E. coli K-12 no patogenicas que serviran como la cepa parental para la manipulación genética posterior. Alternativamente cepas W o B de E. coli pueden ser utilizados. 
La fuente de luz.
La luz es emitida a través de una variedad de mecanismos, incluida la uminación natural (luz solar), la incandescente estándar, fluorescente o lámparas halógenas, o por medio de la propagación en diseño especial de cámaras de crecimiento con sistema de iluminación.  
La fuente de CO2.
El dióxido de carbono se suministra a través de la inclusión de suplementos de medios sólidos (por ejemplo, bicarbonato de sodio) o en forma de gas a través de su distribución en la incubadora de crecimiento. La mayoría de los experimentos se     realizan usando el dióxido de carbono como gas concentrado, en concentraciones entre un 10 y 30%, que está burbujeando directamente en el medio de crecimiento  a velocidad suficiente para proporcionar la mezcla de los organismos. Cuando el dióxido de carbono como gas concentrado se utiliza, el dióxido de carbono como gas se origina en su forma pura de los cilindros disponible en el comercio, o preferentemente a partir de fuentes concentradas incluyendo el suministro de gas de las plantas de carbón, refinerías, instalaciones de producción de cemento, instalaciones de gas natural, cervecerías, entre otros.
      
El organismo original, u organismos originales.
           
"Los organismos pertenecientes a cualquiera de las tres categorías de organismos que se enumeran a continuación se puede convertir en un sintetofototrofo y se utiliza para la producción de productos a base de carbono de interés. La primera categoría incluye a organismos preferidos tales como Escherichia coli. La segunda categoría incluye a organismos de buena alternativa como Acetobacter aceti, Bacillus subtilis,      Clostridium ljungdahlii, Clostridium thermocellum, Penicillium chrysogenum, Pichia pastoris, Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, Pseudomonas fluorescens, y Zymomonas mobilis. La tercera categoría incluye a todos los organismos con potencial heterótrofico (también conocido como heterótrofos), los microorganismos generalmente unicelulares, pero también incluye suspensiones celulares o cultivos derivados de organismos multicelulares. "
      
Sistema de producción.
La captura de luz y la recolección de la energía.
Hay una variedad de microorganismos que se sabe codifican sistemas de desplazamiento de protones activados por la luz . En la presente invención, una o más formas de bombeos de protones activado por la luz se expresan funcionalmente en E. coli u otras células huésped para generar un gradiente de protones que se convierte en ATP a través de una ATPasa endógena o exógena.
      
La fermentación en hidrocarburos.
La producción y el aislamiento de los productos procedentes de organismos  sintetofototroficos puede mejorarse mediante el empleo de técnicas específicas de fermentación. Un elemento esencial para maximizar la producción y reducir los costes es aumentar el porcentaje de la fuente de carbono que se convierte a estos productos. Los átomos de carbono, durante los ciclos de vida celular normales, van a las funciones celulares, incluyendo la producción de lípidos, glúcidos, proteínas y ácidos nucleicos. La reducción de la cantidad de carbono necesaria para las actividades relacionadas sin productos pueden aumentar la eficiencia en los rendimientos de producción.
      
La liberación de los combustibles.
"Con la figura preferida, la célula se ha diseñado de tal manera que el producto final se libera de la célula. En las figuras donde se libera el producto final de la célula, un proceso continuo puede ser empleado. Con este método, un reactor con organismos productores de los productos convenientes se pueden montar de muchas maneras. En una figura, el reactor se opera en forma continua a granel, con una porción de los medios removida y se mantiene en un ambiente menos agitado de tal manera que un producto acuoso se auto-separaría con el producto retirado y el resto se devuelve a la cámara de fermentación. En figuras en las que el producto no se separa en una fase acuosa, los medios se retiran y técnicas adecuadas de separación (por ejemplo, cromatografía, destilación, etc) son empleadas. "

"En una figura alterna, el producto no es secretado por las células. En esta modalidad, un enfoque de fermentación por lotes alimentados es empleado. En tales casos, las células se cultivan en exposición continua a los insumos (luz, agua, y dióxido de carbono) que se han indicado hasta que la cámara de reacción se sature con las células y con el producto. Una parte importante de la totalidad del cultivo se elimina, las células que han estado en el proceso de lisis, y los productos son aislados por técnicas de separación adecuada (por ejemplo, cromatografía, destilación, filtración, centrifugación, etc.) "
Fuente: SELECCIONES DE BIOCOMBUSTIBLES.