Fundació CTM Centre Tecnològic
El Dr. Joan de Pablo es catedrático de Ingeniería Química y director Científico del Área de Tecnología Ambiental de la Fundació CTM Centre Tecnològic. La Dra. Irene Jubany es investigadora y responsable de Suelos del Área de Tecnología Ambiental de la Fundació CTM Centre Tecnològic. Ambos participaron en la jornada organizada por Biocat</a>, el pasado 8 de junio, en Barcelona.
Artículo de opinión
Los microorganismos, los hongos y las plantas habitan la tierra desde hace millones de años y han sido y son fundamentales para el desarrollo de la vida en el planeta tal como la conocemos.
Los procesos que permiten la vida de estos organismos comportan reacciones básicas en las que intervienen tanto la materia como la energía. El ejemplo más conocido es la fotosíntesis, la transformación del dióxido de carbono atmosférico en oxígeno a las hojas de las plantas.
Actualmente, la presión que el crecimiento de la población ejerce sobre el planeta —se ha llegado a 6.000 millones de personas y va en aumento— hace que nuestra agricultura e industria deban operar de una manera sostenible y esto genera, sin duda, avances en los procesos biotecnológicos.
La utilización de estos procesos por parte del hombre en beneficio del medio ambiente conlleva la aparición del concepto de biotecnología ambiental que la International Society for Environmental Biotechnology (ISEB) define como: "Integración de la ciencia y la ingeniería para el desarrollo, el uso y la regulación de los sistemas biológicos para el tratamiento y restauración de los ambientes contaminados (suelo, aire y agua) y para el desarrollo de procesos amigables ambientalmente (tecnologías verdes y desarrollo sostenible)".
Si bien varios sistemas biológicos pueden ser utilizados en la biotecnología ambiental, la utilización de microorganismos es la más extendida, ya que se pueden gestionar para dar diferentes servicios a la sociedad. Estos servicios van desde la eliminación de la toxicidad de los contaminantes presentes en el agua, el suelo, los sedimentos y los lodos hasta la recuperación de recursos a partir de residuos. Al mismo tiempo, también se pueden utilizar para convertir en valor energético diferentes tipos de biomasa desde su forma difusa, y en algunos casos peligrosa como son los residuos sólidos urbanos, en formas de energía utilizables directamente por la sociedad como el biogás (metano y dióxido de carbono) y el hidrógeno.
Los microorganismos son capaces de desarrollarse adaptándose a prácticamente cualquier medio. Así, hay microorganismos que pueden soportar altas dosis de radiactividad como la que hay en las piscinas de las centrales nucleares donde se almacena el combustible nuclear gastado u otros que viven en ambientes con una concentración elevada de arsénico. Para su crecimiento necesitan una fuente de alimentación, que como cualquier ser vivo está basada en el carbono y una fuente de energía. La obtención de energía se realiza a nivel celular mediante un intercambio de electrones en el que se requiere una especie capaz de ceder a los electrones una especie capaz de aceptarlos. Este proceso tan sencillo, y a la vez tan complicado, se aprovecha en la biotecnología ambiental para poner los microorganismos al servicio de la lucha contra la contaminación con el objetivo de transformar sustancias peligrosas (contaminantes) en sustancias inocuas o menos peligrosas ya que los contaminantes servirán como fuente de carbono, donador de electrones o aceptador de electrones.
Entre los contaminantes donadores de electrones están los hidrocarburos del petróleo, la materia orgánica biodegradable y el amonio que los microorganismos aerobios podrán convertirse en dióxido de carbono y nitrato. Por otra parte, si los contaminantes son aceptores de electrones (como el cromado, el arseniato o el uranil) pueden ser transformados, en medio anaerobio, en especies químicas con menor movilidad en el medio ambiente, y si los contaminados son sustancias tóxicas (como los disolventes organoclorados) pueden ser convertidos en especies menos tóxicas.
Estos procesos se han aplicado desde hace tiempo a la depuración de aguas residuales tan urbanas como industriales con el objetivo principal de disminuir la concentración de materia orgánica, eliminar compuestos orgánicos recalcitrantes, eliminar metales pesados ??o tóxicos y reducir o eliminar nutrientes y organismos patógenos. Otro campo de aplicación ha sido la depuración de gases contaminados con compuestos orgánicos volátiles o compuestos inorgánicos de azufre y amonio, responsables, la mayoría de ellos, de los olores asociados, por ejemplo, depuradoras de aguas y vertederos.
Otro campo de actuación importante es la aplicación de la biotecnología en suelos contaminados y aguas subterráneas para tratar diferentes contaminantes como hidrocarburos del petróleo, hidrocarburos aromáticos policíclicos, disolventes organoclorados, metales y nitratos. Estas actuaciones se pueden llevar a cabo in situ, es decir, sin remover ni extraer el suelo contaminado el agua subterránea, o ex situ, haciendo el tratamiento en instalaciones específicas. Las barreras pasivas reactivas estimulación de los microorganismos con fuentes externas de carbono son ejemplos de tratamientos in situ, mientras que la tecnología de las biopilas, que consiste en favorecer los procesos biológicos en pilas de suelo contaminado, es un ejemplo de tratamiento ex situ.
Pero no sólo se debe utilizar la biotecnología ambiental para ofrecer soluciones finales a los problemas de contaminación generados por el hombre. Uno de los retos a los que se enfrenta esta disciplina es la integración de las tecnologías biológicas en los procesos productivos para minimizar los recursos utilizados y los residuos generados de forma que se recuperen materiales valorizables y energía de las corrientes residuales. Con esta nueva visión de los procesos productivos podríamos pasar a ver las corrientes residuales como fuentes de nuevos materiales, recursos y energía. De esta manera, se tiene que conseguir minimizar la extracción de recursos y energías no renovables, maximizar el uso y regeneración del agua, y minimizar los residuos no aprovechables.
Para alcanzar estos objetivos y mejorar las aplicaciones y el uso de la biotecnología ambiental, la incorporación de nuevas herramientas es de vital importancia. En primer lugar, cabe destacar la biología molecular que permite conocer los microorganismos involucrados, los procesos y la relación entre los microorganismos y el medio. Así, técnicas como la PCR o el FISH deben permitir avanzar en el conocimiento microbiológico aplicado. En segundo lugar, la modelización matemática de los procesos biológicos debe ser utilizada para el diseño de nuevas tecnologías y nuevas aplicaciones para la industria. Finalmente, y como tercer ejemplo, la metodología de análisis del ciclo de vida (ACV) debe servir para cuantificar la mejora ambiental de los nuevos procesos biotecnológicos desde el punto de vista de utilización de recursos y de impacto en el medio.
En definitiva, la biotecnología ambiental es una disciplina que requiere un equipo multidisciplinar que debe caminar con el fin de mejorar los procesos industriales para reducir los recursos utilizados de materia y energía y minimizar la generación de residuos no aprovechables evitando al máximo la impacto del hombre en el medio. Todo ello, a partir de sistemas biológicos al servicio de la sociedad.