BIOMASA Y SOSTENIBILIDAD por el Prof. Dr. D. Alberto Requena Rodríguez, académico de número

Podemos afirmar que somos energía. Este enunciado está avalado por la famosa conclusión de Einstein para la inter-conversión de materia y energía. Los conceptos materia y energía no son equivalentes, sus magnitudes sí. La energía no parece ocupar espacio ni en la mayoría de sus manifestaciones se puede percibir por los sentidos. Los estados de la materia se perciben directamente por los sentidos, los de la energía, no. Los efectos de la energía sí los percibimos como manifestaciones que definen el entorno material. Usualmente, no reparamos en estos aspectos, pero son relevantes, incluso cuando pretendamos reflexionar sobre nuestra presencia en este mundo.

A nadie escapa la celeridad con la que crece la población de la Humanidad. Han cambiado muchas cosas desde aquellos tiempos a principios del siglo XIX en que la población mundial superó los 1000 millones de seres humanos. A principios del siglo XX superamos los 2000 millones, en torno a 1961 los 3000 millones, a finales de 1979 los 4000 millones, en torno a 1987 los 5000 millones, a finales de 1999 los 6000 millones, a finales de 2010 los 7.000 millones y a finales de este año o comienzos del próximo superaremos los 8.000 millones. Resumiendo: el crecimiento poblacional en el período de 1950-2000 fue en torno a un 141% (lo que supone un 1,78% en tasa anual acumulativa), cuando en el periodo 1900-1950 fue en torno al 53% (lo que supone un 0,85% en tasa anual acumulativa).

Toda esta gran cantidad de seres humanos, que crece a un ritmo creciente, requiere alimentación, que no es otra cosa que la incorporación al organismo de elementos materiales y energéticos suficientes para el mantenimiento de la vida. La ingesta de alimentos permite que el organismo adquiera las sustancias que requiere para vivir, como agua, minerales, hidratos de carbono, proteínas, etc., que se emplean en reponer lo que se ha gastado en el mantenimiento de las funciones vitales y, al tiempo, aportan componentes que fomentan la salud y que deben contribuir al incremento de la esperanza y calidad de la vida. Naturalmente que hay muchos factores concomitantes en el proceso de alimentación, desde las necesidades individuales, hasta las imposiciones culturales o religiosas o derivadas del entorno socioeconómico, pasando por los condiciones psicológicos o derivados de la publicidad o de barreras a veces insuperables como la disponibilidad de los alimentos.

Nos vamos a ocupar especialmente de este último condicionante, como es la disponibilidad de alimentos. A nadie escapa que este aumento fulgurante de la población mundial tiene sus exigencias en la producción de alimentos. No es la primera vez que nos enfrentamos a una cuestión de esta envergadura, por cuanto en las décadas comprendidas entre 1960 y 1980 emergió, la que dio en denominarse “Revolución verde” que tradujo un incremento en la productividad agrícola sin precedentes, se estima en un 135%, entre 1960 y 2005, incluyendo innovaciones genéticas, tecnológicas y agronómicas. La Naturaleza no es, como pensamos en algunos momentos, un reservorio inacabable de recursos. La cantidad de éstos es finita y agotable, de no estar enmarcados en la vitola de la sostenibilidad. La revolución verde se inició en Estados Unidos y después se extendió por todo el planeta. Consistió en la incorporación de tecnología a las prácticas agrícolas, como la siembra de variedades de cereales resistentes a embates del clima, las plagas, desde trigo a arroz, pasando por el maíz y la introducción, también, de mejoras en el cultivo, incluyendo desde fertilizantes, plaguicidas e irrigación, hasta la incorporación de la mecanización. Sin duda que el rendimiento (eficacia) se incrementó, aunque pasado el tiempo, ahora, sufrimos las consecuencias del abuso indiscriminado de algunas facetas de las implementadas, cuyo coste no se estimó en las consecuencias derivadas de esas prácticas.

Ahora, estamos en un escenario en que las necesidades de alimentación apremian en el horizonte, mucho más próximo que antes, dado que la estimación de población para 2030 es de 8.500 millones de personas y para 2050 de 10.000 millones, en estimaciones conservadoras. No es fácil entrever por donde se puede lograr una mayor eficacia, máxime con lo aprendido y por tanto desechable de muchas de las prácticas, incluso actuales, por falta de sostenibilidad. La productividad no encuentra mejora posible, relativamente claro, desde el lado de la mecanización. Ya se trata de palabras mayores. Ahí está la Naturaleza, como siempre para reflexionar sobre ella e inspirar en nuevas rutas hacia la armonía.

La fotosíntesis es el proceso natural de producción de energía, en forma de glucosa, a partir de CO2, agua y la luz. Una buena guía es imitar a la Naturaleza hasta donde nos pueda llevar. No es nuevo, es como siempre, lo único que más comprometido, más complejo, requiriendo mayor audacia. Aristóteles ya sugirió que la luz solar estaba implicada en el color verde de las hojas de las plantas, aunque descartó la propuesta de Empédocles de que las hojas de las plantas asimilaban el aire, afirmando que, muy al contrario, todo el alimento de las plantas procedía del suelo. Transcurrió mucho tiempo, hasta el siglo XVII en que se vuelve a estas ideas de la mano de Hales, considerado el padre de la fisiología vegetal, volviendo a afirmar que el aire que tomaban las plantas era una fuente de alimento de éstas. Tras muchas aportaciones puntuales, especialmente centradas en la producción de oxígeno por las plantas, surge la propuesta en 1940 de Melvin Calvin, galardonado con el premio Nobel en 1961, que usando el Carbono 14 detectó la secuencia de reacciones que transforman el CO2 gaseoso y agua en oxígeno e hidratos de carbono, lo que se conoce como ciclo de Calvin, en su honor. Muchos otros, posteriormente, aportaron cómo las hojas asimilan el CO2 y lo transforman en ATP. Con la ayuda de la técnica de rayos X, Michel en 1982 identificó la estructura del centro de reacción donde tiene lugar la fotosíntesis, concluyendo que eran cuatro subunidades de proteínas de unos 10.000 átomos, lo que, por cierto, fue la primera vez que se desveló la estructura tridimensional de esta proteína.

La vida en nuestro planeta se mantiene en gran medida por la fotosíntesis que realizan en el medio acuático algas y ciano-bacterias, bacterias rojas, púrpuras y verdes, y en el medio terrestre por las plantas, que sintetizan la materia orgánica a partir de la materia inorgánica y la luz. La estimación es que anualmente se producen 100.000 millones de toneladas de carbono en forma de materia orgánica fijada por los vegetales. En todo caso, pensemos que una persona expira unos 40 ml de CO2 por minuto, que equivalen a 0,72 gramos/minuto, por tanto, unos 43,2 gramos/hora, es decir, en torno a un kilogramo por día y unas 365 kilogramos por año. Por tanto, ahora, a nivel mundial producimos, solo en la respiración, unos 2400 millones de toneladas de CO2 anualmente. Ciertamente, por otras actividades, excluida la respiración, se producen unos 27.000 millones de toneladas por año, es decir, que directamente los humanos solamente por la respiración contribuimos con en torno a un 10%. La comparación entre la producción de material orgánico a través de la fotosíntesis, 100.000 millones de toneladas anuales y la devolución de unos 30.000 millones de toneladas de CO2 para reciclar, dejaría margen para las contribuciones de la propia capa vegetal para mantener el equilibrio, aunque otros procesos concomitantes no dejan lugar para la satisfacción. En otro momento nos ocuparemos de esto.

Ahora centrémonos en la producción de materia orgánica asociada al mantenimiento de la vida de una población creciente que requiere de mayor productividad y no por el lado de la mecanización ni mejora de los procesos productivos. Solamente queda acudir a la Ciencia, como siempre, que pueda propiciar nuevas ideas para que la técnica implemente una mejor producción. Se estima que una hectárea de arrozal que en 2010 alimentaba a 27 personas, debería alimentar en 2050 a 43. El incremento de eficacia de hasta un 135% entre 1960 y 2005, ya no tiene cabida. Por ejemplo, mientras que entre 1970 y 1980 se incrementó en un 36 % la producción de arroz, entre 2000 y 2010 solo lo hizo en un 7%- Algo similar aconteció con otros productores de almidón como trigo o patata, como apunta Bruni, director científico del Jardín Botánico de la Universidad de Parma, en Investigación y Ciencia. La fotosíntesis, como otros procesos naturales ha evolucionado en la dirección de mantener la vida, pero no con la vista puesta en maximizar la productividad. La fotosíntesis, se estima, que transforma en biomasa, en torno a un 6%, en promedio de los sistemas C4 y C3, de la energía solar recibida, compitiendo, casi en pie de igualdad, con los ineficaces procesos de captación solar artificial actuales. Elementos como la fotoprotección de los orgánulos, la concentración de CO2 disponible en los centros activos, el oxígeno que no deja de oxidar, el calor, la sequía, etc. están en el subsuelo del rendimiento. En las últimas décadas se han mejorado estos procesos logrando incrementos de producción de biomasa, con mejoras superiores al 30% en la producción de arroz y soja. Pero es necesario mucho más. La luz que recibe la planta es muy superior a la que puede asimilar. En lugares como la Región de Murcia en que la insolación es muy abundante durante todo el año, es especialmente crítico el aprovechamiento de la luz solar, grandemente desperdiciada.  La energía solar captada, no empleada en procesos de producción de biomasa, genera también radicales libres, que entorpecen el proceso y que pueden dañar los cloroplastos. Las plantas están dotadas de mecanismos de disipación de la energía sobrante, pero que tienen incidencia en los de producción de biomasa. Las modificaciones genéticas logradas mitigan y optimizan estos procesos alternativos, en todo caso, estamos hablando de lograr en torno a un 10% de mejora de estas pérdidas, como mucho. Con otros procesos como la foto-respiración, acontece algo parecido. Son necesarias modificaciones genéticas para generar anatomías que respondan a estructuras nuevas que permitan la optimización de algunos de los factores. El problema es que el camino no está expedito por cuanto no se conocen todos los genes, ni mucho menos, ni está permitida cualquier modificación

Tenemos un problema a resolver de envergadura. La fotosíntesis está preparada para la supervivencia, no para la producción. Y hay agravantes, porque se estima que la elevación de solamente un grado en la temperatura nocturna implica una pérdida de producción en torno a un 10%, en el caso del arroz, por ejemplo. Hay una ecuación, denominada de Montheit, que combina las eficiencias derivadas de la captación de luz útil, la acumulación selectiva y el rendimiento fotosintético, que implica la conversión de luz en biomasa. La mejora de estos aspectos quía la evolución a seguir. Los limites biológicos de cada proceso están incluidos. En la revolución verde se incidió en las dos eficiencias relacionadas con la captación de la luz y la acumulación selectiva, que podemos considerar maximizados, con un logro global de un incremento del 135%, como apunta Bruni. Ahora ya queda solamente mejorar el rendimiento fotosintético, con generación de nueva Ciencia que permita el desarrollo de nuevas tecnologías. El reto es de entidad. Seguramente debiéramos concienciarnos de ello y destinar nuestros mayores esfuerzos en este ámbito. Nos va el mantenimiento de la vida, que no es una broma.