Biotecnologia (Aurora)

“AÑO DEL CENTENARIO DE MACHU PICCHU PARA EL MUNDO” FACULTAD DE CIENCIAS ECONOMICAS ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE ADMINISTRACION

ALUMNA:

MONTALBAN JIMENEZ LUZ AURORA

ASIGNATURA: ECOLOGIA DOCENTE:

ING. MARVIN BARRERAS LOZANO .

TEMA: BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL.PRODUCCION DE BIOGAS APARTIR DE DESECHOS ORGANICOS. BIOCOMBUSTIBLES .

CICLO :

II

TARAPOTO- PERU 1

1) BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL

La biotecnología ambiental es la biotecnología aplicada y usada para estudiar el entorno natural. La biotecnología ambiental también puede implicar tratar de aprovechar un proceso biológico para usos comerciales y de la explotación. 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)" La biotecnología ambiental abarca cualquier aplicación destinada a reducir la contaminación, desde la utilización de microorganismos para la generación de combustibles hasta el empleo de plantas modificadas genéticamente para la absorción de substancias tóxicas. Actualmente, la principal aplicación de la biotecnología ambiental es limpiar la contaminación en los diferentes compartimentos terrestres mediante el empleo de estrategias más limpias y menos costosas, que se prefieren frente a las tradicionales técnicas de remediación físico-químicas. 1.1)USOS DE BIOTECNOLOGÍA Aplicación de la biotecnología a procesos industriales convencionales existentes y problemáticos basados en altas temperaturas, productos químicos altamente reactivos, pH extremos y solventes orgánicos. El desarrollo de una línea de biosensores robustos para medición y monitoreo rápido e in situ de productos químicos ambientales. Prácticas agro-forestales basadas en productos químico xenobióticos. Extracción de minerales y recuperación de metales. Uso de productos y procesos basados en plantas para la recuperación y remoción de metales, solventes clorinados, materiales energéticos y desechos con bajo nivel de radioactividad de sitios contaminados; absorción microbial de CO2, producción de combustibles renovables y otras tecnologías ambientales basadas en la biología en apoyo a los compromisos de Canadá para la reducción de gases invernadero.

· 2|Página

1.2)

APLICACIONES

DE

LA

BIOTECNOLOGÍA

AMBIENTAL

A) BIORREMEDIACIÓN Cualquier proceso que utilice microorganismos, hongos, plantas o las enzimas derivadas de ellos para retornar un medio ambiente alterado por contaminantes a su condición natural. La biorremediación puede ser empleada para atacar contaminantes específicos del suelo, por ejemplo en la degradación bacteriana de compuestos organoclorados o de hidrocarburos. •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 organicos 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 B)INDUSTRIA Compañías industriales están desarrollando procesos en el área de prevención, con el fin de reducir el impacto ambiental como respuesta a la tendencia internacional al desarrollo de una sociedad sostenible.  producción de biomateriales: se producen todo tipo de nuevos materiales, biodegradables o no, y más eficientes. Tal es el caso de los bioplásticos, nuevos tejidos, materiales para la construcción (como tela de araña), etc.  productos de consumo humano: La biotecnología puede aumentar del rendimiento de los cultivos al manipular positivamente el material genético de los alimentos: reduciendo los pesticidas y mejorando la nutrición.  biominería: es el uso de microorganismos en diferentes aspectos de la explotación de los minerales, abarcando desde la concentración de las especies de interés (a través de la bioflotación), la recuperación de los elementos presentes en ellas (biolixiviación y biooxidación), hasta su acción en tareas de remediación ambiental. La biolixiviación es una tecnología que usa bacterias específicas para extraer (lixiviar) metales de los minerales

. 3|Página

las ventajas de la tecnología microbiana (biominería)    



Poca inversión de capital. Bajos costos de operación necesarios para las operaciones hidrometalúrgicas. Relativa ausencia de polución o contaminación ambiental durante el proceso. Permite el tratamiento de minerales con bajo contenido de metal en las minas, los que no pueden ser económicamente procesados por los métodos tradicionales y habitualmente se acumulan sin ningún tipo de tratamiento. Permite explotar los recursos mineros en forma más limpia y más económica siendo esta otra ventaja competitiva.

1.3) BIODEGRADACION DE MATERIALES biodegradable: producto o sustancia que puede descomponerse en elementos químicos naturales por la acción de agentes biológicos, como el sol, el agua, las bacterias, las plantas o los animales. En consecuencia todas las sustancias son biodegradables, la diferencia radica en el tiempo que tardan los agentes biológicos en descomponerlas en químicos naturales, ya que todo forma parte de la naturaleza. La biodegradación: es la característica de algunas sustancias químicas de poder ser utilizadas como sustrato por microorganismos, que las emplean para producir energía (por respiración celular) y crear otras sustancias como aminoácidos, nuevos tejidos y nuevos 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 se hace necesario un tratamiento previo que deje el vertido en unas condiciones en la que las bacterias puedan realizar su función a una velocidad aceptable. La degradación de estos compuestos puede producirse por dos vías: Degradación aerobia: degradación de organismos que necesitan oxígeno diatómico para vivir o desarrollarse. Degradación anaerobia: degradación de organismos que no necesitan oxígeno en su metabolismo.

4|Página

Los desechos que a continuación se detallan pueden tardar lo siguiente en biodegradarse: - desechos orgánicos........................….3 semanas a 4 meses - ropa o género de algodón y/o lino...... 1 a 5 meses - un par de medias de lana.................... 1 año - zapato de cuero.................................. 3 a 5 años -papel.................................................. 3 semanas a 2 meses - celofán............................................... 1 a 2 años - trapo de tela....................................... 2 a 3 meses - estaca de madera.............................. 2 a 3 años - estaca de madera pintada................. 12 a 15 años - bambú............................................... 1 a 3 años - envase de lata................................... 10 a 100 años - envase de aluminio........................... 350 a 400 años - materiales de plástico........................ 500 años - vidrio................................................. indefinido en descomponerse Las pilas, en el mar o en el campo contaminan para siempre, tanto en el agua como el suelo. El mercurio no desaparece nunca y, además, es altamente cancerígeno. Los plásticos biodegradables son aquellos que se forman mediante la utilización de distintas materiales naturales permitiendo en su reciclado formar parte de desechos orgánicos para su mejor tratamiento.

1.4) DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES Las aguas residuales se generan como consecuencia del uso doméstico del agua y de diferentes actividades agrícolas e industriales. Mediantes drenaje y el acantilado estas aguas alcanzan los ríos, lagos y océanos. La contaminación del agua puede ser de naturaleza muy diversa, orgánica e inorgánica, y alteran la sanidad, el pH, la oxigenación o la temperatura del agua. Las aguas naturales tienen cierta capacidad de "amortiguación" ya que pueden auto purificarse: los microorganismos heterótrofos mineralizan los nutrientes orgánicos, el aminio se nitrifica y junto con los nutrientes inorgánicos son inmovilizados por las algas y las plantas superiores acuáticas. Las poblaciones bacterianas patógenas se reúsen hasta q desaparecen por fenómenos de competencia y depuración. La consecuencia principal de una contaminación por las aguas residuales es el considerable descenso de oxígeno por la actividad de organismos heterótrofos en presencia de sustratos orgánicos abundantes. Esta falta de oxígeno mata a los organismos aeróbicos y se reduce la diversidad biológica.

5|Página

El tratamiento de aguas residuales tiene como objetivo la reducción de la denominada demanda biológica o bioquímica de oxígeno (DBO): se define como la cantidad de oxígeno consumido como consecuencia de la oxidación microbiana de compuestos. Se realiza en tres etapas: 1.Tratamiento primario en el que se utilizan métodos físicos que eliminan los sólidos (materia en suspensión) y reducen la DBO. 2. Tratamiento secundario que emplea métodos biológicos (degradación microbiana), aeróbicos fundamentalmente, para eliminar (mediante oxidación) compuestos orgánicos disueltos y reducir la DBO. 3. Tratamiento terciario que emplea métodos fisico-químicos y/o biológicos para eliminar componentes específicos tales como el amonio y fosfatos. El objetivo de este tipo de tratamiento es la eliminación de materia orgánica y nutrientes no biodegradables. 1.5) INCONVENIENTES DE LA BIOTECNOLOGÍA EN GENERAL: Las desventajas que presenta la aplicación de la biotecnología se pueden clasificar en dos grupos: Riesgos ambientales y los efectos en la salud humana: a) Riesgos ambientales: Posibilidad de una polinización cruzada, es decir, el polen de cultivos genéticamente modificados llega a cultivos dónde no se ha intervenido el material genético. Esto podría traer consigo el surgimiento de una maleza agresiva que trastorne el equilibrio del ecosistema. Uso de cultivos genéticamente modificados, cuyos genes produzcan toxinas insecticidas como el bacillos thuringiensis. Esto puede generar el surgimiento de poblaciones de insectos que invadan los cultivos. También puede perjudicar a la fauna del lugar, como a las mariposas o aves si consumen estas plantas infectadas. b) Riesgos para la salud humana: Trasferencia de toxinas o compuestos alargénicos al consumir alimentos infectados, lo que puede trae consigo reacciones alérgicas en las personas. Riesgo de que virus o bacterias con el material genético modificado escapen de los laboratorios e infecten a la población humana o animal. El consumo excesivo de alimentos transgénicos puede traer consigo a largo plazo mutaciones en algunas células humanas.

6|Página

2)PRODUCTOS ORGANICOS

DE

BIOGAS

APARTIR

DE

DESECHOS

Para la obtención de biogás se puede utilizar como materia prima los excrementos animales, la cachaza de la caña de azúcar, los residuales de mataderos, destilerías y fábricas de levadura, la pulpa y la cáscara del café, así como la materia seca vegetal. Esta técnica permite resolver parcialmente la demanda de energía en zonas rurales, reduce la deforestación debida a la tala de árboles para leña, permite reciclar los desechos de la actividad agropecuaria y, es un recurso energético “limpio” y renovable. El biogás que se desprende de los tanques o digestores es rico en metano que puede ser empleado para generar energía eléctrica o mecánica mediante su combustión, sea en plantas industriales o para uso doméstico.

2.1) Beneficios de la tecnología del Biogás       

producción de energía (calor, luz, electricidad) ; transformación de desechos orgánicos en fertilizante de alta calidad; mejoramiento de las condiciones higiénicas a través de la reducción de patógenos, huevos de gusanos y moscas; reducción en la cantidad de trabajo relacionado con la recolección de leña para cocinar (principalmente llevado a cabo por mujeres); ventajas ambientales a través de la protección del suelo, del agua, del aire y la vegetación leñosa, reducción de la deforestación; beneficios micro-económicos a través de la sustitución de energía y fertilizantes, del aumento en los ingresos y del aumento en la producción agrícola-ganadera; beneficios macro-económicos a través de la generación descentralizada de energía, reducción en los costos de importación y protección ambiental.

El biogás se obtiene por descomposición de la materia orgánica, en ausencia de oxígeno, y a través de la acción de cuatro tipos de bacterias: las hidrológicas, que producen ácido acético, compuestos monocarbonados, ácidos grasos y otros compuestos policarbonatos, las acetogénicas, productoras de hidrógeno. las homoacetogénicas, que pueden convertir una cantidad considerable de compuestos carbonados en ácido acético, las metanogénicas, productoras del gas metano, principal componente del biogás.

7|Página

2.2)Aplicaciones prácticas Algunos de los substratos orgánicos que pueden ser utilizados para la producción de biogás son: ◆ Deyecciones animales de cerdos, vacuno y aves. ◆ Residuos de la agricultura como paja y collarines de remolacha. ◆ Residuos orgánicos de la industria agroalimentaria como suero, residuos vegetales, levaduras, lodos y efluentes de cerveceras y destilerías. ◆ Residuos orgánicos de los mataderos. ◆ Lodos de depuración. ◆ Cultivos energéticos como maíz, cereales, sorgo, césped. A) Aplicaciones para la ganadería La digestión anaeróbica para el tratamiento de la biomasa orgánica encuentra aplicación en explotaciones ganaderas por los siguientes motivos:  Acelera el proceso de estabilización de los purines o estiércoles destinados

a almacenamiento y un uso agronómico.  Permite el abatimiento de los olores y de las emisiones a la atmósfera de metano y de amoniaco (gases de efecto invernadero).  Permite una mejor valorización económica de los purines y estiércoles. La presión legislativa medioambiental cada vez mayor sobre las explotaciones ganaderas obliga a una gestión a veces muy costosa de los estiércoles y purines, y hace de la tecnología del biogás una herramienta poderosa para una correcta gestión en respeto del medioambiente y proporcionando rentabilidades muy atractivas por medio de la venta a la red pública de la energía eléctrica producida.

3) LOS BIOCOMBUSTIBLES Actualmente, los combustibles fósiles y la energía nuclear proporcionan cada año alrededor del 90% de la energía que se utiliza en el mundo. Pero las reservas de combustibles fósiles son limitadas y, en mayor o menor grado, contaminantes. Desde mediados del siglo XX, con el crecimiento de la población, la extensión de la producción industrial, y el uso masivo de tecnologías, comenzó a crecer la preocupación por el agotamiento de las reservas de petróleo y el deterioro ambiental. Desde entonces, se el desarrollo de energías alternativas basadas en recursos naturales renovables y menos contaminantes, como la luz solar, las mareas, el agua, y la biomasa.

8|Página

3.1 ) ¿Qué son los biocombustibles?

A diferencia de los combustibles fósiles, que provienen de la materia orgánica acumulada durante enormes períodos de tiempo, los biocombustibles provienen de una fuente renovable, la biomasa. La biomasa es la materia orgánica que constituye todos los seres vivos, sus productos y desechos. Se dice que es una fuente de energía renovable porque su formación no lleva miles de años, y por lo tanto la tasa de utilización no es mucho mayor a la de su formación. En la Tabla 1 se muestran los principales tipos de biocombustibles.

SOLIDO

LIQUIDO

GASEOSO

Paja Alcoholes Gas de gasógeno Leña Biohidrocarburos Biogás Astillas Aceites vegetales y ésteres Hidrógeno Briquetas derivados Carbón vegetal Aceites de pirolisis Tabla 1: Tipos de combustibles obtenidos de la biomasa En gran parte del mundo, la leña (o carbón vegetal) que se obtiene a partir de la madera sigue siendo el principal biocombustible empleado para la cocina, la calefacción y la luz. Esta fuente de energía es un recurso renovable si se obtiene a partir de bosques convenientemente reforestados. Asimismo, muchos vehículos utilizan biocombustibles a base de metanol y etanol mezclado con gasolina. Se puede obtener etanol a partir de la caña de azúcar, de la remolacha o del maíz. En algunos países, como la India y la China, se produce biogás a partir de la fermentación natural de desechos orgánicos (excrementos de animales y residuos vegetales). Otra fuente importante de biocombustibles son los aceites de los cultivos oleaginosos, como la soja, el girasol y la colza, que pueden convertirse en biodiesel.

3.2) OBTENCIÓN DE LOS BIOCOMBUSTIBLES Según la naturaleza de la biomasa, y el tipo de combustible deseado, se pueden utilizar diferentes métodos para obtener biocombustibles: mecánicos (astillado, trituración, compactación), termoquímicos (combustión, pirolisis y gasificación), biotecnológicos (fermentación y digestión microbiana anaeróbica) y extractivos. En la Tabla 2 se presentan los principales procesos de obtención de biocombustibles, los productos derivados y sus aplicaciones.

9|Página

Procesos de obtención de biocombustibles

Técnica s Product os

Aplicaci ones

Mecánicos

Termoquímicos

Biotecnológicos

Astillado Trituración Compactación Leñas Astillas Briquetas Aserrín Calefacción Electricidad

Pirolisis

Gasificaci Fermentació Digestión ón n anaerobia

Carbón Aceites

Gas de Etanol gasógeno Varios

Biogás

Calefacción Electricidad Transporte Industria química

Calefacción Electricidad Transporte Industria química

Calefacció n Electricida d

Transporte Industria química

Biotecnológic os Extracción físicoquímica Aceites Ésteres Hidrocarburos Transporte Industria química

Cada técnica depende del tipo de biomasa disponible. Si se trata de un material seco puede convertirse en calor directamente mediante combustión, que producirá vapor para generar energía eléctrica. Si contiene agua, se puede realizar la digestión anaeróbica, que lo convertirá en metano y otros gases, o fermentar para producir alcohol, o convertir en hidrocarburo por reducción química. Si se aplican métodos termoquímicos es posible extraer metanol, aceites, gases, etc. 3.3) LOS PRINCIPALES BIOCOMBUSTIBLES 3.3.1)El bioetanol El bioetanol es un alcohol, y se obtiene como la cerveza y otras bebidas alcohólicas. Los carbohidratos son transformados en azúcares simples, los que se convierten por fermentación en etanol, que luego es destilado en su forma final. Se produce principalmente a partir de caña de azúcar o maíz (en algunos casos mezclado con otros cereales), cuyos hidratos de carbono son fermentados a etanol por las levaduras del género Saccharomyces.

La caña de azúcar es la fuente más atractiva para la producción de etanol, ya que los azúcares que contiene son simples y fermentables directamente por las levaduras. El mayor inconveniente es que resulta cara como materia prima. Los cultivos como el maíz son ricos en almidón, un hidrato de carbono complejo que necesita ser primero transformado en azúcares simples. Este proceso se denomina sacarificación, e introduce un paso más en la producción, con el consecuente aumento en los costos. La producción podría realizarse a partir de desechos agrícolas, forestales, industriales o municipales. Las materias primas ricas en celulosa, como los desechos agrícolas y forestales son las más abundantes y baratas, sin embargo la 10 | P á g i n a

conversión de la celulosa en azúcares fermentables es un proceso complejo y costoso que hace que la obtención de etanol a partir de desechos no sea rentable, al menos por ahora. 3.3.2) El Biodiesel El biodiesel es un éster que puede producirse a partir de aceites vegetales, como el de soja, colza, girasol, y otros, y también a partir de grasas animales. Su elaboración se basa en la reacción de transesterificación de los glicéridos, utilizando catalizadores. Desde el punto de vista químico, los aceites vegetales son triglicéridos, es decir, tienen tres cadenas de ácidos grasos unidas a un alcohol, el glicerol. En la reacción de transesterificación, una molécula de triglicérido reacciona con tres moléculas de metanol o etanol para dar tres moléculas de monoésteres y una de glicerol. Estos éteres metílicos o etílicos (biodiesel) se mezclan con el diesel convencional (o gasoil) o se utilizan como combustible puro en cualquier motor diesel. El biodiesel tiene una cantidad de energía similar al diesel de petróleo pero es un combustible más limpio, y puede ser utilizado por cualquier tipo de motor diesel (en vehículos de transporte, embarcaciones, naves turísticas y lanchas) solo o como aditivos para mejorar la lubricidad del motor. Actualmente el biodiesel se usa en varios países en mezclas con porcentajes diversos. Existe interés en utilizar biodiesel donde los trabajadores son expuestos a gases de escape de diesel, en aeronaves, para controlar la polución en el área de los aeropuertos, y en locomotoras que enfrentan restricciones en su uso debido a sus emisiones. 3.3.3) El Biogás

Para la obtención de biogás se puede utilizar como materia prima los excrementos animales, la cachaza de la caña de azúcar, los residuales de mataderos, destilerías y fábricas de levadura, la pulpa y la cáscara del café, así como la materia seca vegetal. Esta técnica permite resolver parcialmente la demanda de energía en zonas rurales, reduce la deforestación debida a la tala de árboles para leña, permite reciclar los desechos de la actividad agropecuaria y, es un recurso energético “limpio” y renovable. 3.4 )BENEFICIOS DE LOS BIOCOMBUSTIBLES El uso de biomasa vegetal en la elaboración de combustibles podría beneficiar la realidad energética mundial con una significativa repercusión en el medio ambiente y en la sociedad, como se detalla a continuación: El uso de biocombustibles como fuente de energía renovable puede contribuir a reducir el consumo de combustibles fósiles, responsables de la generación de emisiones de gases efecto invernadero. 11 | P á g i n a

Son una alternativa viable al agotamiento ya sensible de energías fósiles, como el gas y el petróleo, donde ya se observa incremento en sus precios. Se producen a partir de cultivos agrícolas, que son fuentes renovables de energía. Pueden obtenerse a partir de cultivos propios de una región, permitiendo la producción local del biocombustible. Permiten disponer de combustible independientemente de las políticas de importación y fluctuaciones en el precio del petróleo. Producen mucho menos emisiones nocivas para los seres vivos, el agua y el aire.

12 | P á g i n a

Anexos

13 | P á g i n a

Biotecnología ambiental: BIODEGRADACION

14 | P á g i n a

Bibliografía: http://ampliacionbg343.blogspot.com/2010/06/la-biotecnologia-ambiental.html http://www.sagpya.mecon.gov.ar/new/0-0/agricultura/otros/biodiesel/index.php. http://www.sagpya.mecon.gov.ar/new/00/agricultura/otros/biodiesel/propiedades.php.

15 | P á g i n a

16 | P á g i n a