BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL

Es la biotecnología aplicada y usada para estudiar el entorno natural.

La Sociedad Internacional Biotecnología Ambiental define a la biotecnología ambiental como "el desarrollo, uso y regulación de sistemas biológicos para la remediación de entornos contaminados (tierra, aire, agua) y para procesos amigables con el entorno natural (tecnologías "verdes" y desarrollo sustentable)".

Así, definimos la biotecnología ambiental como el conjunto de actividades tecnológicas que nos permiten comprender y gestionar los sistemas biológicos (principalmente los sistemas microbianos) en el medio ambiente con el fin de proveer a la sociedad de productos y servicios. El desarrollo de la biotecnología ambiental continúa dependiendo en gran parte de los avances de diferentes áreas científicas así como del conocimiento de los materiales, pero ha ido adquiriendo en los últimos años un papel destacado entre las diferentes actividades de la biotecnología.

-APLICACIONES:

1-BIORREMEDIACIÓN

Busca resolver los problemas de contaminación mediante el diseño de microorganismos capaces de degradar compuestos  que provocan desequilibrios en el medio ambiente.

Puede ser empleada para atacar contaminantes específicos del suelo, por ejemplo, en la degradación bacteriana de compuestos organoclorados o de hidrocarburos.

Se puede clasificar a la biorremediación como in situ o ex situ. La primera consiste en tratar el material contaminado en el lugar en que se encuentra sin trasladarlo a otra parte y los procesos ex situ el material contaminado es trasladado a otro lugar para realizar o completar su descontaminación.

La biorremediación tiene una serie de ventajas sobre otros métodos. En el caso que la contaminación esté en lugares inaccesibles se puede realizar sin necesidad de cavar. Por ejemplo en el caso de derrames de petróleo que hayan penetrado en el suelo y amenacen contaminar a la capa de agua. Esto resulta mucho menos costoso que el proceso de excavación e incineración que sería la otra alternativa.

Aplicaciones:

• Tratamiento de suelos y aguas: Uso de microorganismos naturales (levaduras, hongos o bacterias) existentes en el medio para descomponer o degradar sustancias peligrosas en sustancias de carácter menos tóxico o bien inocuas para el medio ambiente y la salud humana. Se usa, por ejemplo, la bacteria cupriavidus metallidurans que elimina metales pesados en aguas y suelo y se utilizan como biosensores.

• Compostaje: Descomposición de materiales biodegradables, normalmente mezclas de compuestos orgánicos para la estabilización de residuos orgánicos en el suelo. Esta degradación se debe a una intensa actividad microbiana. Ventajas: enriquecimiento del suelo, remediación de la contaminación, prevención de la contaminación y beneficios económicos.

Proceso de compostaje.

• Biorremediación de hidrocarburos: El ambiente marino posee una pobre capacidad de respuesta al impacto de los hidrocarburos petrolíferos, tanto por la baja concentración de nutrientes disponibles (nitrógeno y fósforo), como por la baja frecuencia de aparición de bacterias hidrocarbonoclastas.  La biorremediación de petróleo consiste en verter los mismos nutrientes que están descompensados, fosfato, nitrógeno y dejar que los microorganismos que ya están presentes "hagan su trabajo". La biorremediación de hidrocarburos en suelos saturados usualmente está limitada por la disponibilidad de oxígeno. En este caso, se pueden utilizar otros receptores alternativos de electrones en sustitución del oxígeno para la degración de los hidrocarburos, implementándose el uso de sistemas anaerobios.

Biorremediación de hidrocarburos.

2-BIODEGRADACIÓN DE MATERIALES:

Los materiales biodegradables son aquellos que se pueden descomponer en elementos químicos naturales por la acción de agentes biológicos naturales.
No todas las sustancias son biodegradables bajo condiciones ambientales naturales.
La velocidad de biodegradación de las sustancias depende de varios factores: la estabilidad que presenta su molécula, del medio en el que se encuentran, que les permite estar biodisponibles para los agentes biológicos y de las enzimas de dichos agentes.

La biodegradación es la característica de algunas sustancias químicas de poder ser utilizadas como sustrato por microorganismos, que las emplean para producir energía y crear otras sustancias como aminoácidos, nuevos tejidos y organismos. Puede emplearse en la eliminación de ciertos contaminantes como los desechos orgánicos urbanos, papel, hidrocarburos, etc. No obstante, en vertidos que presenten materia biodegradable, estos tratamientos pueden no ser efectivos si nos encontramos con otras sustancias como metales pesados, o si el medio tiene un pH extremo (En estos casos es necesario realizar un tratamiento previo que deje el vertido en unas condiciones en las que las bacterias puedan realizar su función a una velocidad aceptable).

VÍAS PARA LA DEGRADACIÓN

• Degradación aerobia: degradación de organismos que necesitan oxígeno en su metabolismo.
• Degradación anaerobia: degradación de organismos que no necesitan oxígeno en su metabolismo.

La degradación de los materiales

Plásticos/polímeros biodegradables 

Se forman mediante la utilización de distintos materiales naturales permitiendo en su reciclado formar parte de desechos orgánicos para su mejor tratamiento.
Tipos de plásticos de origen natural:

- Extraídos de la biomasa (como almidón y celulosa)

- Producción química por monómeros biológicos de distintas fuentes de energía renovables

- Producción por microorganismos como bacterias genéticamente modificadas

El PLA o ácido poliláctico es uno de los plásticos biodegradables que más se estudia en la actualidad debido a que se forma con el almidón que sintetizan las plantas durante la fotosintesis, convirtiéndolo en un elemento de fácil obtención y de costos extremadamente bajos.

3-DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES

Las aguas residuales generadas en las poblaciones urbanas deben regresar al medio ambiente, ya sea a través del cauce de un río, un lago o el mar. Estas aguas no deben provocar una contaminación en estos ecosistemas. Por ello, el agua residual se trata en plantas de depuración de agua para rebajar la cantidad de contaminantes.

El sistema para la depuración del agua se divide en varias fases: 

1. Tratamiento primario: engloba una fase de pretratamiento de agua y una depuración primaria en un decantador. Se retiran del agua grandes sólidos (trapos, maderas, piezas de coche, escombros) mediante una filtración por rejillas. Se separan del agua las grasas y se corrige el pH para permitir un posterior ataque de microorganismos a la materia disuelta en ella. En un decantador de grandes dimensiones se recogen los sólidos, donde precipitan en el fondo, generando lodos que serán conducidos a un digestor. 
2. Tratamiento secundario:Se elimina la materia orgánica por acción de microorganismos. Este tratamiento es aerobio y se comprueba su efectividad midiendo la cantidad de oxígeno consumido por los microorganismos en la oxidación de la materia orgánica. A medida que disminuye ésta, también disminuye el consumo de oxígeno.

-El agua que sale de este tratamiento entra en el tanque de decantación en el que se depositan en el fondo materiales inorgánicos y orgánicos insolubles. Una vez que sale el agua de este tanque en el que permanece, al menos dos días, ha perdido el 95% de la materia orgánica que llevaba dispersa. Después se vierte el agua al medio ambiente.

-Los restos depositados en el tanque de decantación se trasladan a los digestores de cieno (lodo), donde las bacterias fermentadoras y bacterias metanógenas, en un ambiente anaerobio, producen el denominado biogás, que puede utilizarse como fuente de energía.

-Los sólidos depositados en el digestor de lodos se retiran periódicamente y, después de eliminarse la mayor parte de los microorganismos, son utilizados como abono agrícola.