Fibras fermentadas: una solución para el hambre y la moda sostenible

Un nuevo estudio de investigadores de Penn State reveló que un subproducto de la fermentación podría ayudar a abordar dos desafíos globales importantes: el hambre en el mundo y el impacto ambiental de la moda rápida. La levadura residual proveniente de la elaboración de cerveza, vino o incluso de la producción de algunos productos farmacéuticos puede ser reutilizada para producir fibras de alto rendimiento que son más fuertes que las fibras naturales y tienen un impacto ambiental significativamente menor.

El estudio, publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, destacó que la biomasa de levadura, compuesta por proteínas, lípidos y azúcares, es considerada desecho. Sin embargo, el autor principal, Melik Demirel, profesor de Ingeniería y presidente de Materiales Biomiméticos en Penn State, afirmó que su equipo se dio cuenta de que podían reutilizar este material para fabricar fibras utilizando un proceso previamente desarrollado.

Los investigadores lograron una producción a escala piloto de más de 1,000 libras de fibra en una fábrica en Alemania, con producción continua y por lotes durante más de 100 horas por cada ciclo de hilado de fibra. Además, utilizaron datos recopilados durante esta producción para realizar una evaluación del ciclo de vida, que analizó las necesidades y el impacto del producto desde la obtención del subproducto de fermentación hasta su disposición y costo, evaluando la viabilidad económica de la tecnología.

El análisis predijo el costo, el uso de agua, la producción, las emisiones de gases de efecto invernadero y más en cada etapa. Los investigadores encontraron que la producción comercial de la fibra a base de fermentación podría competir con la lana y otras fibras a gran escala, pero con considerablemente menos recursos, incluyendo mucho menos terreno, incluso teniendo en cuenta el espacio necesario para cultivar los cultivos utilizados en los procesos de fermentación que eventualmente producen la biomasa de levadura.

Demirel comparó este avance con la domesticación de ovejas para la producción de lana hace 11,000 años, sugiriendo que ahora se está domesticando la levadura para crear una fibra que podría redirigir más recursos hacia los cultivos alimentarios. "Demostramos con éxito que este material puede producirse de manera económica, por menos de $6 por kilogramo, en comparación con los $10 a $12 por kilogramo de la lana, utilizando significativamente menos agua y tierra, pero con un rendimiento mejorado en comparación con cualquier otra fibra natural o procesada, al tiempo que se eliminan casi por completo las emisiones de gases de efecto invernadero. Los recursos ahorrados podrían aplicarse en otros lugares, como redirigir tierras para cultivar cultivos alimentarios", explicó.

El equipo de Demirel ha pasado más de una década desarrollando un proceso para producir fibras a partir de proteínas. Inspirados por la naturaleza, las fibras son duraderas y no contienen los químicos que otras fibras pueden dejar en el medio ambiente durante años. "Podemos extraer las proteínas como un agregado, imitando acumulaciones de proteínas que ocurren naturalmente, disolver la pulpa resultante en una solución y empujarla a través de un dispositivo llamado spinneret que utiliza pequeños orificios para crear fibras continuas", detalló Demirel. Las fibras se lavan, secan y se hilan en hilo que luego puede ser tejido en tela para ropa.

Además, las fibras son biodegradables, lo que significa que se descomponen después de ser desechadas, a diferencia de las millones de toneladas de ropa de poliéster que se descartan cada año y contaminan el planeta. "La clave es la solución utilizada para disolver la pulpa. Este solvente es el mismo que se utiliza para producir Lyocell, la fibra derivada de la celulosa o pulpa de madera. Podemos recuperar el 99.6% del solvente utilizado para reutilizarlo en ciclos de producción futuros", agregó.

Demirel también destacó que la idea de usar proteínas para hacer fibras no es nueva, mencionando a Lanital como un ejemplo. Este material fue desarrollado en la década de 1930 a partir de proteínas de leche, pero perdió popularidad debido a su baja resistencia con la llegada del poliéster. "El problema siempre ha sido el rendimiento y el costo", comentó Demirel, quien también mencionó que a mediados del siglo XX se inventaron fibras hechas de proteínas de maní y de maíz antes de que el poliéster, más barato y resistente, dominara el mercado.

Desperdicio no, necesidad sí

El equipo de Demirel también indicó que el estudio mostró el potencial de la fibra a escala comercial. Los modelos integraron sus hallazgos a escala piloto en escenarios simulados de producción comercial. Para comparación, aproximadamente 55,000 libras de algodón se producen globalmente cada año, y solo 2.2 libras—lo que se necesita para hacer una camiseta y un par de jeans—requiere hasta 2,642 galones de agua. El algodón crudo es relativamente barato, pero el costo ambiental es asombroso.

"Los cultivos de algodón también utilizan aproximadamente 88 millones de acres de tierras cultivables en todo el mundo, de los cuales casi el 40% se encuentra en India, que ocupa un lugar 'serio' en el Índice Global del Hambre", explicó Demirel. "Imaginen si, en lugar de cultivar algodón, esa tierra, agua, recursos y energía pudieran utilizarse para producir cultivos que alimenten a las personas. No es tan simple, pero este análisis demostró que las fibras biomanufacturadas requieren significativamente menos tierra, agua y otros recursos para producirse, por lo que es factible imaginar cómo el cambio de fibras basadas en cultivos podría liberar una cantidad significativa de tierra para la producción de alimentos".

En 2024, 733 millones de personas—aproximadamente uno de cada 12—en todo el mundo enfrentaron inseguridad alimentaria, una tendencia que ha llevado a las Naciones Unidas a declarar como objetivo la Cero Hambre para eliminar este problema para 2030. Una posible solución podría ser liberar tierras actualmente utilizadas para cultivar fibras para producir más cultivos alimentarios, según Demirel.

Los métodos de producción actuales no solo utilizan recursos significativos, sino que más del 66% de la ropa producida anualmente en los EE. UU. termina en vertederos. La propuesta de Demirel ofrece una solución para ambos problemas. "Al aprovechar la biomanufactura, podemos producir fibras sostenibles y de alto rendimiento que no compiten con los cultivos alimentarios por tierra, agua o nutrientes", concluyó. "Adoptar fibras de proteínas basadas en biomanufactura marcaría un avance significativo hacia un futuro donde las necesidades de fibra se satisfacen sin comprometer la capacidad del planeta para nutrir a su creciente población. Podemos avanzar significativamente hacia el objetivo de Cero Hambre, asegurando que todos tengan acceso a alimentos nutritivos mientras promovemos los objetivos de desarrollo sostenible".

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