biotecnologia y combustibles 1

7/25/2019 Biotecnologia y Combustibles 1

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Biotecnologia y combustibles


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Qu son los biocombustibles?

A diferencia de los combustibles fsilesque provienen de la energa almacenadadurante largos perodos en los restos

fsiles, los biocombustibles provienen dela biomasa, o materia orgnica queconstituye todos los seres vivos delplaneta. La biomasa es una fuente de

energa renovable, pues su produccin esmucho ms rpida que la formacin de loscombustibles fsiles.


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Tipos de combustibles obtenidos de la biomasa

Slidos Lquidos Gaseosos

PajaLea sin procesarAstillas

Briquetas

Carbn vegetal

AlcoholesBiohidrocarburosAceites vegetales y steres

derivados

Aceites de pirolisis

BiogsHidrgeno


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Proceso de obtencin de biocombustibles

Mecnicos Termoqumicos Biotecnolgicos Extractivos

Tcnicas AstilladoTrituracinCompactaci

n

Pirolisis Gasificacin Fermentacin

Digestinanaerobia

Extraccinfsico-qumica

Productos LeasAstillas

BriquetasAserrn

Carbn

AceitesGas de

gasgenoEtanol

VariosBiogs

Co2, CH4Aceites

steresHidrocarbu

ros

Aplicaciones Calefaccin

Electricidad

Calefaccin

ElectricidadTransporteIndustriaqumica

Calefaccin

ElectricidadTransporteIndustriaqumica

TransporteIndustriaqumica

CalefaccinElectricid

ad

Transporte

Industriaqumica


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Biodiesel


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El biodiesel tiene una cantidad de energa

similar al diesel de petrleo pero es uncombustible ms limpio que el dieselregular y puede ser utilizado por cualquiertipo de vehculo diesel (vehculos de

transporte, en embarcaciones, navestursticas y lanchas), solo o en solucincomo aditivos para mejorar la lubricidad

del motor. Actualmente el biodiesel se usaen varios pases en mezclas conporcentajes diversos.


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Ventajas:

No contiene azufre y, por ende, no genera emanaciones de esteelemento, las cuales son responsables de las lluvias cidas.

Mejor combustin, que reduce el humo visible en el arranque en un30%.

Reduce las emanaciones de CO2, CO, partculas e hidrocarburosaromticos.

Los derrames de este combustible en las aguas de ros y maresresultan menos contaminantes y letales para la flora y fauna marina

que los combustibles fsiles. Volcados al medio ambiente se degradan ms rpidamente que lospetrocombustibles.

Su combustin genera menos elementos nocivos que loscombustibles tradicionales.

Es menos irritante para la piel humana.

Acta como lubricante de los motores prolongando su vida til. Su transporte y almacenamiento resulta ms seguro que el de los

petroderivados ya que posee un punto de ignicin ms elevado. Elbiodiesel puro posee un punto de ignicin de 148C contra losescasos 51C del gasoil.


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Biogas

Por fermentacion de materia organica.

Materia prima puede ser la excresion deanimales, la cachaza de la caa de azcar, losresiduales de mataderos, destileras y fbricas

de levadura, la pulpa y la cscara del caf, ascomo la materia seca vegetal.

Esta tcnica permite resolver parcialmente lademanda de energa en zonas rurales, reduce la

deforestacin debida a la tala de rboles paralea, permite reciclar los desechos de laactividad agropecuaria y, es un recursoenergtico limpio y renovable.


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c

El biogs se obtiene al descomponerse la materia orgnica debido a la accin de

cuatro tipos de bacterias, en ausencia de oxgeno:

*hidrolticas, que producen cido actico, compuestos monocarbonados, cidos

grasos orgnicos y otros compuestos policarbonados;

* acetognicas, productoras de hidrgeno;

*homoacetognicas, que pueden convertir una cantidad considerable decompuestos carbonados en cido actico;

* metanognicas, productoras del gas metano, principal componente del biogs,

con una proporcin de 40 a 70 % de metano (CH4).


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Ventajas

Permite disminuir la tala de los bosques al noser necesario el uso de la lea para cocinar.

Presenta diversidad de usos: alumbrado,coccin de alimentos, produccin de energaelctrica, transporte automotor y otros.

Produce biofertilizante rico en nitrgeno, fsforoy potasio, capaz de competir con los fertilizantesqumicos, que son ms caros y daan el medioambiente.

Elimina los desechos orgnicos, por ejemplo, laexcreta animal, contaminante del medioambiente y fuente de enfermedades para elhombre y los animales.


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Beneficios de los biocombustibles

El uso de biocombustibles como fuente de energa renovablepuede contribuir a reducir el consumo de combustibles fsiles,responsables de la generacin de emisiones de gases efectoinvernadero.

Son una alternativa viable al agotamiento ya sensible de energasfsiles, como el gas y el petrleo, donde ya se observa

incremento en sus precios. Se producen a partir de cultivos agrcolas, que son fuentes

renovables de energa.

Pueden obtenerse a partir de cultivos propios de una regin,permitiendo la produccin local del biocombustible.

Permiten disponer de combustible independientemente de laspolticas de importacin y fluctuaciones en el precio del petrleo.

Producen mucho menos emisiones nocivas para los seres vivos,el agua y el aire.


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Biotecnologia y

bioremedacin


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Biorremedacion

Tratamiento de residuos no biodegradablesgenerados por un gran abanico de agentescontaminantes que son liberados al ambiente.Un ejemplo lo constituyen algunas industriasqumicas que producen compuestos cuyaestructura qumica difiere de los compuestosnaturales, y que son utilizados comorefrigerantes, disolventes, plaguicidas, plsticos

y detergentes. Los procesos de remedacion pueden realizarse

in situo ex situ


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El trmino biorremediacin fue acuado a

principios de la dcada de los 80, y proviene del

concepto de remediacin, que hace referencia ala aplicacin de estrategias fsico-qumicas para

evitar el dao y la contaminacin en suelos. Los

cientficos se dieron cuenta que era posible

aplicar estrategias de remediacin que fuesen

biolgicas, basadas esencialmente en la

observacin de la capacidad de los

microorganismos de degradar en forma naturalciertos compuestos contaminantes.


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En los procesos de biorremediacin

generalmente se emplean mezclas de

ciertos microorganismos o plantas

capaces de degradar o acumular

sustancias contaminantes tales como

metales pesados y compuestos orgnicosderivados de petrleo o sintticos.


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Tipos de biorremediacin


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Degradacin enzimtica Aplicacion de enzimas hidroliticas obenidas a

escala industrial Por ejemplo, existe un amplio nmero de

industrias de procesamiento de alimentos queproducen residuos que necesariamente deben

ser posteriormente tratados. En estos casos, seaplican grupos de enzimas que hidrolizarpolmeros complejos para luego terminar dedegradarlos con el uso de microorganismos. Un

ejemplo lo constituyen las enzimas lipasas quese usan junto a cultivos bacterianos paraeliminar los depsitos de grasa procedentes delas paredes de las tuberas que transportan los

efluentes.


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Otras enzimas que rompen polmeros utilizadosde forma similar son las celulosas, proteinasas y

amilasas, que degradan celulosa, protenas yalmidn, respectivamente

Adems de hidrolizar estos polmeros, existenenzimas capaces de degradar compuestos

altamente txicos. Estas enzimas son utilizadasen tratamientos en donde los microorganismosno pueden desarrollarse debido a la altatoxicidad de los contaminantes. Por ejemplo, seemplea la enzima peroxidasa para iniciar ladegradacin de fenoles y aminas aromticaspresentes en aguas residuales de muchasindustrias.


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Remediacin microbiana En este tipo de remediacin se usan

microorganismos directamente en el foco de lacontaminacin. Los microorganismos utilizadosen biorremediacin pueden ser los ya existentes(autctonos) en el sitio contaminado o puedenprovenir de otros ecosistemas, en cuyo caso

deben ser agregados o inoculados. Existen, por ejemplo, bacterias y hongos que

pueden degradar con relativa facilidad petrleoy sus derivados, benceno, tolueno, acetona,pesticidas, herbicidas, teres, alcoholes simples,entre otros. Los metales pesados como uranio,cadmio y mercurio no son biodegradables, perolas bacterias pueden concentrarlos de talmanera de aislarlos para que sean eliminados

ms fcilmente.


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Remediacin con plantas

(fitorremediacin)

Es el uso de plantas para limpiar

ambientes contaminados. Aunque se

encuentra en desarrollo, constituye una

estrategia muy interesante, debido a lacapacidad que tienen algunas especies

vegetales de absorber, acumular y/o

tolerar altas concentraciones decontaminantes como metales pesados,

compuestos orgnicos y radioactivos.


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Fitorremedacin

Ventajas:

Las plantas pueden ser utilizadas como bombas extractoras de bajocosto para depurar suelos y aguas contaminadas.

Algunos procesos degradativos ocurren en forma ms rpida conplantas que con microorganismos.

Es un mtodo apropiado para descontaminar superficies grandes opara finalizar la descontaminacin de reas restringidas en plazoslargos.

Limitaciones:

El proceso se limita a la profundidad de penetracin de las races o

aguas poco profundas. Los tiempos del proceso pueden ser muy prolongados.

La biodisponibilidad de los compuestos o metales es un factorlimitante de la captacin.


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Tipo Proceso Involucrado Contaminacin Tratada


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Tipo Proceso Involucrado Contaminacin Tratada

Fitoextraccin Las plantas se usan para concentrar metales enlas partes cosechables (hojas y races)

Cadmio, cobalto, cromo, niquel,mercurio, plomo, plomo selenio, zinc

Rizofiltracin Las races de las plantas se usan para absorber,

precipitar y concentrar metales pesados apartir de efluentes lquidos contaminados ydegradar compuestos orgnicos

Cadmio, cobalto, cromo, niquel,

mercurio, plomo, plomo selenio, zincistopos radioactivos, compuestosfenlicos

Fitoestabilizacin Las plantas tolerantes a metales se usan parareducir la movilidad de los mismos y evitar elpasaje a napas subterrneas o al aire.

Lagunas de deshecho de yacimientosmineros. Propuesto para fenlicos ycompuestos clorados.

Fitoestimulacin Se usan los exudados radiculares parapromover el desarrollo de microorganismosdegradativos (bacterias y hongos)

Hidrocarburos derivados del petrleo ypoliaromticos, benceno, tolueno,atrazina, etc

Fitovolatilizacin Las plantas captan y modifican metales pesadoso compuestos orgnicos y los liberan a laatmsfera con la transpiracin.

Mercurio, selenio y solventes clorados(tetraclorometano y triclorometano)

Fitodegradacin Las plantas acuticas y terrestres captan,almacenan y degradan compuestos orgnicospara dar subproductos menos txicos o no

txicos.

Municiones (TNT, DNT, RDX,nitrobenceno, nitrotolueno), atrazina,solventes clorados, DDT, pesticidas

fosfatados, fenoles y nitrilos, etc.


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Se conocen alrededor de 400 especies de plantas con capacidad parahiperacumular selectivamente alguna sustancia. En la mayora de los casos,no se trata de especies raras, sino de cultivos conocidos. As, el girasol(Heliantus anuus) es capaz de absorber en grandes cantidades el uraniodepositado en el suelo. Los lamos (gnero Populus) absorben

selectivamente nquel, cadmio y zinc. Tambin la pequea plantaArabidopsis thalianade gran utilidad para los bilogos es capaz dehiperacumular cobre y zinc. Otras plantas comunes que se han ensayadocon xito como posibles especies fitorremediadoras en el futuro inmediatoson el girasol, la alfalfa, la mostaza, el tomate, la calabaza, el esparto, elsauce y el bamb. Incluso existen especies vegetales capaces de eliminarla alta salinidad del suelo, gracias a su capacidad para acumular el cloruro

de sodio. En general, hay plantas que convierten los productos que extraen del suelo

a componentes inocuos, o voltiles. Pero cuando se plantea realizar unesquema de fitorremediacin de un cuerpo de agua o un rea de tierracontaminados, se siembra la planta con capacidad (natural o adquirida poringeniera gentica) de extraer el contaminante particular, y luego del

perodo de tiempo determinado, se cosecha la biomasa y se incinera o se leda otro curso dependiendo del contaminante. De esta forma, loscontaminantes acumulados en las plantas no se transmiten a travs de lasredes alimentarias a otros organismos.


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Nuevos desarrollos biotecnolgicos en plantasy bacterias

Entre los desarrollos biotecnolgicos que se estn llevando a cabopara procesos de fitorremediacin se encuentran los siguientes:

Rizofiltracin para la extraccin de Uranio de aguas subterrneasen Asthabula, Ohio, EEUU.

Rizofiltracin a nivel de cultivo in vitro para detoxificar compuestosfenlicos en aguas contaminadas (por ejemplo los derivados de losherbicidas tradicionales y contaminantes como el 2,4-D) en laUniversidad Nacional de Ro Cuarto, Crdoba por el grupo deinvestigacin de la Dra. Elizabeth Agostini.

Fitovolatilizacin de mercurio (Hg) por medio de plantastransgnicas (Arabidopsis thaliana) que fueron transformadas condos genes provenientes de microorganismos que pueden

transformar el mercurio inico en mercurio ms estable. Plantas transgnicas de tabaco con genes provenientes de

bacterias que le permiten detoxificar TNT y GTN en suelos decampos minados.

Plantas transgnicas deArabidopsis thaliana que toleran laacumulacin de cadmio, arsnico y mercurio.


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Bacterias Pseudomonas transgnicas que son capaces de degradarcompuestos txicos que contienen cloro en compuestos menosnocivos.

Microorganismos capaces de degradar TNT, un explosivo de granpotencia y muy agresivo para el entorno.

Bacterias capaces de reducir las formas altamente txicas demercurio en otras menos txicos y voltiles.

Bacterias que transforman metales del suelo en formas menostxicas o insolubles. Por ejemplo: la reduccin de cromo (Cr+6 a

Cr+3). La utilizacin de la bacteria Deinococcus radioduranspara

eliminacin de elementos radiactivos presentes en el suelo y aguassubterrneas. Este microorganismo es un extremfilo que resistecondiciones extremas de radiacin, sequedad, agentes oxidantes ydiversos compuestos mutagnicos.

Cianobacterias a las que se le han introducido genes de bacteriasPseudomonascon capacidad de degradar diferentes hidrocarburoso pesticidas

C di i l bi di i


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Condiciones para la biorremediacin

La seleccin del mtodo de biorremediacin a utilizar depende de variosfactores: los microorganismos presentes en el medio contaminado, la

concentracin y toxicidad del contaminante y las condiciones del medio. Para que la biorremediacin tenga lugar, los microorganismos utilizados debenpresentar una actividad adecuada. Para lograrlo se deben generar lascondiciones ambientales ptimas (nutrientes, temperatura, oxgeno, etc.) quefavorezcan el crecimiento de la poblacin de microorganismos. Esto, a su vez,provocar un aumento en la velocidad de biodegradacin de los compuestoscontaminantes, y con ello la detoxificacin del medio.

La biorremediacin puede tener lugar bajo condiciones aerobias o anaerobias(en presencia o en ausencia de oxgeno gaseoso, respectivamente).

En algunos casos, se utilizan los microorganismos presentes en forma naturalen el ambiente contaminado, o microorganismos autctonos. En estos casos sedeben mejorar los factores ambientales mediante el agregado de nutrientescomo nitrgeno (N) o fsforo (P) para que los microorganismos crezcan a mayorvelocidad. A este proceso se lo llama fertilizacin o bioestimulacin.

En cambio, cuando la actividad microbiana necesaria no se encuentra en elambiente contaminado en forma natural, se deben aadir microorganismos deotras fuentes. A esta tecnologa se la denomina bioaumentacin.


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Biomonitoreo

Micr os co pas d e d iatomeas.La imagen izquierda muestrauna microscopa ptica de diatomeas, y la imagen derecha una

microscopa electrnica de diatomeas que revela su estructura

exterior (imgenes tomadas del Laboratorio de Diatomeas

Continentales-Morfologa Vegetal, Departamento de

Biodiversidad y Biologa Experimental, FCEyNUBA).


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Figura 4. Deteccin decompuestos txicos mediante una

planta transgnica.La presencia decompuestos txicos por encima deuna concentracin mnima muy baja,activan la expresin del gen uid-A,cuyo producto es monitoreado comoaparicin de puntos azules luego deuna tincin adecuada (flecha roja).Imagen tomada de Kovalchuk y col.,

2001

Figura 5. Fotografa del pez Pimephalespromelas utilizado como bioindicador.Fuente:http://www.nativefish.org/Gallery/
http://www.nativefish.org/Gallery/http://www.nativefish.org/Gallery/

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