MamaGrande: historia, desarrollo y aprendizajes

En gran medida, el desarrollo actual de nuestra tecnología se debe a que su desarrollo nació en un contexto de aparente infinitud de «recursos» naturales, durante la revolución industrial en 1750. Este axioma de «infinitud» está tan profundamente engranado en nuestra infraestructura tecnológica que no lo vemos ni lo enseñamos directamente, sino que se absorbe en nuestra vida diaria desde pequeños.

Sin embargo, hoy sabemos claramente que los «recursos» naturales no son infinitos (ver http://www.stockholmresilience.org/research/planetary-boundaries/planetary-boundaries/about-the-research/the-nine-planetary-boundaries.html), y no son recursos sino capital.

Las 4 A de la vida son:

1. aire,
2. agua,
3. alimentos y
4. amor.

Si no las cuidamos, especialmente las 1 a 3, nuestros hijos difícilmente puedan recuperarlas.

Debemos volver a integrar nuestros procesos productivos y tecnológicos en ciclos funcionales y sostenibles como la Vida (más información en la charla TEDx de 9 minutos del 2012 en https://youtu.be/G5_OJhg-wu0).

Nuestra agricultura actual tiene muchos problemas, pero uno de los más documentados y conocidos es el de el agotamiento de la tierra junto con el exceso de fertilizantes (nutrientes) que se vierten al ecosistema. Este exceso de nutrientes escurren a las napas y los cuerpos de agua (eutroficación), causando un hipercrecimiento de las algas y otros organismos que modifica -casi siempre de manera negativa- a los ríos y lagos, e incluso a la costa marítima.

Por otro lado, la acumulación de residuos no biodegradables, entre los cuales el plástico es uno de los mayores aportantes, genera cada vez más problemas no sólo en forma de montañas (literalmente) en la tierra, sino en particular en la forma de microplásticos en los océanos. Estos plásticos se juntan en los 5 puntos del planeta llamados giros donde confluyen las corrientes oceánicos, creando las llamadas islas de plástico. Contrario a la creencia popular estas islas no se ven, sino que flotan a media agua desde la superficie hasta varios metros por debajo.

Esta situación ha sido naturalizada culturalmente y aceptada como una realidad inamovible, asociada a una particular (y aparentemente única) idea de progreso.

Por supuesto, la idea de que el progreso conlleva la destrucción de nuestro único mundo y sus sistemas planetarios de soporte de vida es más que discutible.

Sin embargo, si se la mira desde lejos y más abiertamente, en esta situación problemática hay una gran oportunidad también:

• los agricultores pagan mucho y muy caro el fertilizante para hacer crecer la comida, pero el exceso fluye al resto del ecosistema creando problemas.
• Por otro lado, creamos plástico que no se degrada, modificando severamente las características que hacen que los océanos del mundo mantengan las condiciones para la vida (ver https://es.wikipedia.org/wiki/Isla_de_basura).
• Las ciudades crecen y su infraestructura no está preparada para soportar la carga de efluentes cloacales de una manera costo/eficiente.

¿Y si (re)unimos estos problemas, resultado del quiebre de los ciclos naturales de circulación de la materia, y recuperamos los nutrientes haciendo crecer la materia prima para reemplazar los plásticos (polímeros) no renovables ni biodegradables por otros renovables y biodegradables?

Ese plástico de origen renovable y biodegradable se llama PLA (Poly Lactic Acid o ácido poliláctico) y es el polímero de mayor crecimiento en el mundo, limitado sólo por la falta de materia prima. Está homologado en varios países y es usado para empaquetado de comidas, entre muchos otros usos. Hoy en día se hace a partir de azúcares provenientes del maíz, un proceso que lo hace competir (como el alcohol para combustible) con la comida, generando una situación compleja de competencia de costos entre combustible (que sube de precio) y la comida (que lo sigue, pero no debería mientras haya personas con hambre, ya que la comida es un derecho humano). Esta situación lleva una discusión actual y muy relevante en nuestra sociedad usualmente llamada comida versus combustibles (food versus fuel).

Si crecemos una planta que recupera ese exceso de nutrientes retirándolo del agua, y su biomasa se puede utilizar como la materia prima para el PLA, estaríamos resolviendo varios problemas de un sólo golpe.

Eso exactamente es lo que comenzamos a hacer en MamaGrande.

Inicialmente hicimos un relevamiento de la bibliografía del tema. Encontramos varios trabajos que planteaban cierta factibilidad potencial y los argumentos eran consistentes con nuestra evaluación. Todos los trabajos estaban relacionados con la familia Lemnaceae, un grupo de pequeñas plantas acuáticas generalmente llamadas lentejas de agua con 5 géneros, sumando entre ellos algo más de 30 especies.

Estas son las plantas de crecimiento más rápido conocidas: ¡en condiciones óptimas se duplican en 36 horas! Además están presentes en casi todo el mundo, con lo cual una solución basada en ellas tendría opciones para ser implementada y optimizada con variantes locales en todo el mundo.

Tomado de “Duckweed Geography“ (https://www.mobot.org/jwcross/duckweed/Habitat/geography.html), por John Cross.

También encontramos una referencia -poco documentada- de un proyecto exitoso de limpieza de efluentes con lemnaceae en India en 1981, donde usaban la biomasa para crecer peces. Aunque no estaba casi documentado, logramos contactar al autor Paul Skillicorn, que nos contó cómo fue el desarrollo del proyecto.

Con estos conocimientos y mirada, comenzamos una prueba pequeña en una pileta de lona en la terraza, con 2 géneros locales muy conocidos localmente (lemna y spirodela) que compramos en un vivero, ya que se venden por su valor estético.

Pileta de prueba en la terraza, recién sembrada.

Pileta de prueba en la terraza, visitada por el Gobernador de la provincia de Santa Fé, pocas semanas después. (~2013).

Básicamente comprobamos tanto la velocidad de crecimiento de la población de lemnas, como su capacidad para tomar los nutrientes. Esa combinación crea una competencia fenomenal y mantiene el agua clara sin otros crecimientos asociados.

Comenzamos a buscar cómo hacer un piloto, y para ello comentamos este emprendimiento en algunos círculos cercanos. Al poco tiempo se nos acercó el Dr. Uriel Bernardi, el responsable del área legal y ambiental de Totoras, una localidad a 70 km de Rosario, Santa Fé, Totoras (así llamada por la abundancia de la planta totora).

Totoras tiene aproximadamente 11.000 habitantes y sus propio tratamiento de efluentes cloacales que consta de 2 lagunas de aproximadamente 4 hectáreas totales.

Uriel nos oyó en una charla y contó que la verificación de calidad de agua post tratamiento no cumplió con los parámetros deseados, con lo que la autoridad provincial de aguas les dijo que de no mejorar deberían construir una planta clorificadora -que implica un altísimo costo tanto en construcción como en mantenimiento-. Dada la situación, ¿qué tal si probábamos nuestra propuesta de tratamiento? Hicimos un viaje a Totoras, visitamos la planta, hicimos nuestra evaluación y le devolvimos un entusiasta ¡Sí!.

Para el piloto preparamos unos canalones de aproximadamente 10 m² al lado de las lagunas, a fin de probar nuestro tratamiento en varias condiciones (con y sin lemnaceae, con y sin bacterias adyuvantes, controles, etc.) y comparar la evolución de la calidad de aguas de los tratamientos con la de las lagunas. El resultado estaba clarísimo, a ojos vista: el tratamiento con lemnaceae y consorcio bacteriano funcionaba muy bien.

Foto de canalones y agua comparada con 12 días versus sin tratamiento, en el piloto de Totoras.

Para hacer todo lo necesario para el tratamiento completo en ambas lagunas, era necesaria una inversión en dinero de la que, tanto la Municipalidad como MamaGrande, carecíamos.

A fin de lograr este bien común, el Consejo de Totoras creó por unanimidad una ordenanza en la que abrirían el proyecto a privados, con el compromiso de devolver la inversión en 2 años de impuestos. De esta manera, todos ganaríamos: la comunidad tendrá un mejor tratamiento de aguas, los privados ayudan con el arranque pero en vez de donar el dinero el mismo les vuelve automáticamente con la disminución de pago de impuestos, y la Municipalidad se financia para hacer una obra que no podría afrontar sola sin entrar en créditos externos. Al mismo tiempo, todo esto aporta al desarrollo de un proyecto con impacto positivo con potencial internacional.

Hicimos algunas visitas en conjunto con las personas de la Municipalidad y MamaGrande y en poco tiempo, gracias a la varias empresas de la zona, los fondos para el proyecto estuvieron disponibles.

Si hicieron algunas obras simples, se extendió el tratamiento a 1 de las 2 lagunas, y ya con eso, se alcanzó el nivel de calidad legalmente necesario (ver resultado desde el aire en video de 50 segundos en https://www.youtube.com/watch?v=UK2xb4Ty-4g).

En el curso de esta etapa comenzamos, además, a interactuar con las autoridades provinciales de agua, y -si bien comenzaron con recelos ante estos desconocidos que se metieron en su tema- se desarrolló una excelente relación de colaboración en la que nuestros resultados fueron medidos y validados por el organismo oficial provincial.

También en esta etapa probamos la adaptación de otras tecnología existentes en el agro para la cosecha de las lemnaceae (la «biomasa»), con gran éxito.

Hacia el final de esta etapa, con algunos resultados tangibles, comenzamos a interactuar con la comunidad científica internacional y fuimos propuestos para integrar el recientemente creado International Steering Committee on Duckweed Research and Applications (ISCDRA) donde fuimos reelegidos para un segundo período. También comenzamos -desde el ISCDRA- a publicar una revista del área, el Duckweed Forum (ver números en http://www.ruduckweed.org/).

Con estos resultados validados, nos presentamos a un subsidio nacional de proyectos industriales para escalado en varias áreas que incluían la de biotecnología. Para esta presentación nos asociamos a las empresas (que son público-privadas) de agua de 2 provincias del noroeste argentino, Salta y Tucumán y -para el desarrollo del proceso industrial- a un instituto de investigación en biotecnología del agro del Grupo Bioceres, INMET.

Se nos asignó el subsidio y comenzamos el escalado en Salta, instalando un laboratorio conjunto en una de las plantas de tratamiento de efluentes y comenzando con las lemnaceae en algunas lagunas de tratamiento, donde la mayor tiene más de 32 hectáreas y las más pequeñas tienen 2.

En esta etapa del proceso además del escalado en tamaño- se optimizó y luego se transfirió el manejo de las lemnaceae (siembra, movimientos y cosecha) a la gente de operaciones de las empresas de agua.

También en esta etapa construimos un biorreactor modelo para producir en la región el ácido láctico (monómero/eslabón, del polímero/cadena que es el PLA) a partir de la biomasa generada. Este biorreactor es único en la región dada no sólo su tamaño intermedio (uno de 250 litros y otro de 1000) que permiten escalar desde el laboratorio hasta la industria, sino la cantidad de sensores y actuadores conectados en línea, que permiten saber y controlar con precisión lo que sucede en tiempo real.

INMET, nuestro proveedor industrial-biotecnológico, comenzó con el desarrollo del tratamiento de la biomasa para convertirla en ácido láctico en Rosario, por lo cual el biorreactor fue instalado inicialmente en sus instalaciones para facilitar la optimización del proceso. Al finalizar esta etapa el biorreactor sería llevado a donde fuera más útil para el proyecto.

Hacia fines del 2016 las empresas de agua ya estaban gestionando de manera exitosa y regular el cultivo y cosecha de las lemnaceae sobre las lagunas de tratamiento de efluentes cloacales, cosechando varias toneladas por semana, según la superficie de cada laguna.

El PLA es una cadena (polímero) cuyo eslabón (monómero) es el ácido láctico (AL). Producir el AL es el primer objetivo clave en la red de valor propuesta por MamaGrande, y se hace por fermentación a partir de los azúcares de la biomasa obtenida limpiando el agua.

Más precisamente, el ácido láctico se produce a partir de los azúcares de la planta que se acumulan cuando todo el mecanismos fotosintético está funcionando maximizado, pero el crecimiento está frenado por algún otro factor. Entonces es cuando la planta almacecna toda esa energía que captura pero no puede usar en forma de almidón (cadena) compuesta por azúcares (cada eslabón).

Lo que encontramos es que en las condiciones usuales de tratamiento de efluentes cloacales humanos, la concentración de nutrientes es tan alta que rara vez las plantas llegan a estar limitadas en su crecimiento. Por ello, el % usual de azúcares están entre el 15 y el 20%, cuando sería necesario tener al menos un 25 a 30% para que la producción industrial sea económicamente viable.

El «hambrearlas» (estrés por falta de nutrientes) en agua limpia hace que lleguen y sobrepasen estos valores, pero para ello es necesario trabajar en la parte de operaciones y tener espacios separados de agua limpia, lo que implica a su vez nuevas obras (aunque relativamente pequeñas), y el movimiento de la biomasa de una a otra zona. O quizás se pueda lograr el aumento del almidón de alguna otra manera (de las cuales ya exploramos algunas). De todas maneras, el resultado final debería ser una biomasa con un mínimo estable del 30% de su peso en azúcares para ser económicamente competitivo con el almidón proveniente de maíz.

La parte de transformación industrial de la biomasa requiere un conocimiento muy específico en investigación y es para ello que nos asociamos con una empresa del grupo Bioceres, el INMET, un centro de investigación agro-biotecnológica de Rosario. INMET se encontró que con que el avance le resultó más complejo de lo que estimaron y -aunque el final es seguro- la intersección entre ciencia (investigación) e industria (aplicación) está requiriendo más tiempo y recursos de los que estimaron.

Hasta el momento, INMET no logró ningún resultado.

Sabiendo que el desarrollo del proceso completo requeriría algunos años, planeamos utilizar la biomasa de varias maneras en ese plazo: mejorador de suelos, fertilizando, incluso comida para animales (todos usos ya descritos en la literatura e incluso con análisis preliminares muy favorables en Argentina por el Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria a partir del piloto en Totoras). En todos los casos, habría un beneficio para otra gente y -aunque sea- se cubre el costo de quitar la biomasa producida de los predios de las lagunas donde crece.

Sin embargo, cuando quisimos sacar la biomasa de las lagunas donde la producíamos nos encontramos con que necesitábamos un permiso, ya que podría tener patógenos debido a su origen. Cuando fuimos a buscar el permiso, SENASA se ocupa sólo de animales, los organismos de agua sólo del agua y el llamado «Cuarentena Vegetal» sólo de la importación de organismos vegetales. Ante nuestro pedido, cada una de estas instancias del Estado nos enviaba a algún otro. Ninguna organización estatal nacional tiene en sus incumbencias organismos vegetales producidos a partir de tratamiento de aguas, por lo cual al momento de este artículo aún no tenemos permiso para sacar la biomasa de los predios de alguna manera que pueda ser homologada y como tal, considerada segura.

Esto generó presión en las empresas de agua que -de no cambiar la situación- implicaron que tuvieran que dejar de utilizar las plantas para limpiar el agua ya que no pueden seguir acumulando en un espacio limitado varias toneladas de biomasa por semana sin destino cierto.

Si el porcentaje de azúcares aún es menor al necesario, el desarrollo biotecnológico-industrial aún requiere tiempo y no podemos utilizar la biomasa en nada -como productos benéficos para todos que paguen nuestros costos aunque tengan menor valor económico- que no sea su transformación en ácido láctico, y el almidón (azúcar) proveniente del maíz está subsidiado, se hace muy difícil llegar a un balance económico que nos permita seguir adelante.

Para validar esta situación desarrollamos un modelo económico que fue validado tanto por especialistas de empresas (como la International Lemna Association) como académicos del área de fisiología vegetal y bioeconomía (Universidad de Rutgers).

Lamentablemente, no tenemos los fondos para mantener esta situación.

Aunque parece una obviedad, mientras desarrollábamos el proyecto hicimos una revisión somera de la normativa relacionada y no encontramos nada. Sin embargo, ahora tenemos una traba ahí, y si bien con tiempo se podría arreglar -mostrando que no hay problemas de patógenos, buscando normativa análoga internacional, haciendo reuniones y demostraciones con varios organismos del Estado- todo eso lleva tiempo y otros recursos.

Una verificación previa directa con los responsables nos hubiera ahorrado este parate ahora y hubiéramos comenzado el trabajo de demostraciones mucho tiempo antes.

Una empresa social es un híbrido de ONG en cuenta a objetivos (mejorar el mundo de alguna manera) y empresa en cuanto a medios (generar sus propios recursos económicos para poder seguir cumpliendo objetivos).

A lo largo de todo este camino nuestra postura fue siempre muy clara respecto de ser una empresa social: sí, haremos algo de dinero para seguir manteniendo la estructura y conseguir nuestro objetivo de una sociedad más sostenible. Esta apertura y claridad nos ha permitido colaborar con excelentes personas con una gran predisposición en muchísimos lugares y niveles, desde ministros hasta personal de limpieza y hemos encontrado casi siempre la mejor de las bienvenidas. La gente se siente parte de algo que le parece bueno y colabora poniendo mucho más tiempo y energía de lo simplemente requerido.

Esta diferencia no sólo funciona hacia afuera -es decir, con otras empresas y organizaciones- sino hacia adentro, con equipos que ponen una pasión fenomenal y siguen a lo largo del tiempo, independientemente de las circunstancias puntuales de cada uno.

Creemos que este tipo de organización es crucial para lograr resultados innovadores, movilizadores y desafíos propuestos como cambios al status quo.

Como dice el dicho popular «quien mucho abarca, poco aprieta».

Cuando comenzamos planteamos un frente de innovación muy amplio que iba desde el tratamiento de efluentes cloacales hasta la producción de biopolímeros de origen renovables y ciclo biodegradable. Si bien el sistema integral es una buena idea y una excelente solución a mediano y largo plazo, con el tiempo nos dimos cuenta de lo que ahora parece obvio: innovar es un gran desafío y por lo tanto, no se puede hacerlo en tantos frentes simultáneos.

Por ejemplo, podríamos haber enfocado en el tratamiento de efluentes y el posterior uso simple de la biomasa. Luego, con esta parte funcionando, pasar a armar el procesamiento industrial de la biomasa hacia ácido láctico. Si hubiéramos hecho ésto, quizás ya habríamos solucionado el hueco en la regulación y -aunque sin ganancias importantes- estaríamos generando un bien para la tierra (por tanto para todos) para luego comenzar con la transformación.

Otro dicho popular dice que «una cadena es tan fuerte como su eslabón más débil».

Si bien este aprendizaje está ligado con el anterior en cuanto a que implica cómo usar el foco, se aplica de manera diferente. Es decir, una vez elegido un foco, ¿hasta donde seguir trabajando en él, y cuándo cambiar a otro?

La solución es relativamente simple, vista en contexto: cuando el factor limitante del sistema está en otro lugar.

Va a modo de ejemplo el desafío de la cosecha… como no hay maquinaria para la cosecha de cultivos acuáticos, encontramos cómo adaptar una máquina omnipresente en el campo argentino, el elevador de granos llamado «chimango».

Con relativamente poco trabajo llegamos a tener una gran eficiencia de cultivo, llegando a cosechar todo lo necesario en apenas un par de horas con 2 personas. En algún momento nos dimos cuenta que estábamos tratando de hacerlo más eficiente, pero ¿cuánto mejorarían las operaciones si aumentábamos su eficiencia al 200%? Bajaríamos 1 hora de una operación de 2 horas. Como nuestro limitante no era la cantidad de biomasa cosechada, sino otros factores como la cantidad de almidón, decidimos dejarlos como estaban e invertir esos recursos en mejorar otras áreas.

Mucha gente pregunta por información concreta acerca de lo que hicimos. A todos les decimos que miren los artículos que publicamos en en Duckweed Forum (verlos en http://www.ruduckweed.org/) y luego, si hay dudas más específicas, pueden escribirnos a eduardo@mercovich.net.