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Biopetróleo
| AUTOR FRANCISCO MALARET |
La Era de la biología
Éste será el siglo de la biología. La célula y las
biotecnologías serán tan importantes para el
siglo XXI como en el pasado lo fue el átomo y
la industria química.
La biología será en los años venideros la protagonista del avance científico. Hoy en día, las
biotecnologías son un poderoso pilar del progreso cultural, social y económico de la sociedad moderna. Se imponen como condición
indispensable para el desarrollo en esta etapa
histórica. A tal punto llega su influencia, que la
vida actual se ha visto inundada en casi todos
sus aspectos por una creciente avalancha de
productos procedentes de ella como fármacos,
alimentos, materiales, entre otras cosas.
La biología, con ayuda de la genética, está
empujando no sólo a la medicina, sino también
a un sinfi n de industrias como la farmacéutica,
la química o la de alimentos, y eso es lo que
impulsará a la economía mundial. Es de esperar
que las biotecnologías también revolucionarán
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la industria petroquímica, lo cual ya comienza
a ser una realidad.
Situación actual del petróleo
Tal como sale de los pozos, el petróleo crudo
requiere ser sometido a diferentes procesos de
refinación química, para poder ser utilizado. La
propiedad física del petróleo más importante es
la temperatura de ebullición, ya que permite la
separación de fracciones (gasoil, gasolina, asfaltos, etc.) a temperaturas específicas, las cuales
deben ser sometidas a diferentes procesos de
purificación, dependiendo del uso al que estén
destinadas y al contenido de contaminantes.
Estos procesos de remoción son costosos y podrían abaratarse gracias a las biotecnologías.
Hoy en día dependemos completamente del
petróleo como fuente de energía y de materiales,
tales como los plásticos, la brea, y hasta ciertos
comestibles. Lamentablemente es una fuente no
renovable, y se ha requerido millones de años
para formarse. La gran demanda energética en
todo el mundo ha propiciado la explotación
masiva de los yacimientos de petróleo.
El eterno dilema
“
La pregunta es, ¿por qué
seguimos utilizando el
petróleo y sus derivados como
fuente de energía, a pesar que
su utilización va en detrimento
del medio ambiente y de
nosotros mismos? La respuesta es simple, necesitamos
energía barata sin importar
las consecuencias.
”
Por esta razón, resulta prioritaria la búsqueda
de fuentes alternativas de energía, preferentemente renovables, cuya generación tenga un
bajo impacto ambiental. En este sentido, la
biotecnología ha jugado un papel muy importante, particularmente con la conversión biológica de la biomasa para generar distintos
compuestos energéticos, tales como el metano,
el etanol y el hidrógeno.
Actualmente la industria del petróleo es parte del sistema mundial de vida. Cada año se
extraen cerca de un millón de toneladas de
petróleo. La mayor parte se utiliza como combustible en forma de gasolina, diesel, etc., y
junto con algunas fracciones volátiles (metano,
propano y butano) son nuestra principal fuente de energía, tanto industrial como doméstica.
Alrededor del 15% del petróleo es utilizado
como insumo para la síntesis de otros compuestos, principalmente plásticos. El resto del petróleo, las fracciones más pesadas y menos valiosas llamadas asfaltenos, se utilizan como
pavimento.
Impacto ambiental del uso
de combustibles fósiles
Como todos sabemos, la combustión de carbón,
petróleo y gasolina es el origen de buena parte
de los contaminantes atmosféricos. El uso de
estos combustibles trae como consecuencia
cambios climáticos globales, el deterioro de la
salud humana y la pérdida irremediable de diversas especies animales y vegetales. Estos fenómenos son un hecho y las naciones del
mundo están realizando esfuerzos para ponerle solución.
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La pregunta es, ¿por qué seguimos utilizando
el petróleo y sus derivados como fuente de
energía, a pesar que su utilización va en detrimento del medio ambiente y de nosotros mismos? La respuesta es simple, necesitamos energía barata sin importar las consecuencias.
En un mundo esencialmente globalizado, los
altos precios del petróleo, unido a una creciente preocupación de la sociedad por los aspectos
medioambientales, han ido acelerando el desarrollo de formas alternativas de energía: fuentes
de energías limpias no contaminantes, tales
como la solar, hidráulica, biomasa y eólica,
principalmente.
Ahora bien, los precios del petróleo suben
cada día por diversas razones. Economías en
pleno crecimiento como las de China e India
continúan comprando petróleo, mientras que
los automovilistas siguen llenando sus tanques
de combustible.
Todo indica que efectivamente se encontrarán formas alternativas de energía al petróleo,
más baratas y con un menor impacto ambiental,
pero esto no implicará su fin. El petróleo quizás
pierda vigencia como forma de energía, pero
seguirá siendo una importante fuente de materias primas baratas para la industria química.
Las biotecnologías
La biotecnología no es, en si misma, una ciencia; es un enfoque multidisciplinario que involucra varias disciplinas (biología, bioquímica,
genética, virología, agronomía, ingeniería, química y medicina entre otras).
Aunque es difícil definirla, se podría decir
que la biotecnología moderna es la aplicación
comercial de organismos vivos o sus productos,
la cual involucra la manipulación de sus materiales genéticos a través de las moléculas de
DNA, siendo esto posible gracias a una variedad
de técnicas derivadas de la investigación en
biología celular y molecular, que pueden ser
utilizadas en muchos tipos de industria, como
es el caso de al petrolera.
La biología en el mundo del petróleo
Existen numerosos estudios sobre la composición
y el procesamiento del petróleo pero son de vital
importancia aquellos aspectos donde se han
utilizado microorganismos, ya sea en la producción y depuración del petróleo, o posteriormente
en la descontaminación por degradación.
Ya que los recursos que ofrece la naturaleza
son limitados, los científicos han desarrollado
–gracias a las biotecnologías– levaduras, enzimas y bacterias genéticamente modificadas
capaces de descomponer productos vegetales o
animales (conocidos como biomasa) en sus
bloques químicos constituyentes. De esta manera se puede producir un importante porcentaje de productos normalmente derivados del
petróleo, así como combustibles de bajo costo,
bajo impacto ambiental y renovables.
Biotecnologías aplicadas al petróleo
El uso de biotecnologías permite optimizar el
procesamiento del petróleo y conjuntamente,
ayuda a disminuir los efectos contaminantes
del mismo. Por ejemplo, la remoción biológica
de azufre por bacterias o la eliminación de
metales por enzimas. De este modo se logra un
doble propósito: el producto tiene un mayor
valor y el proceso de obtención es más limpio
y económico.
Asimismo se está investigando la capacidad
que tienen ciertos microorganismos, que de
manera natural o inducida, puedan degradar
una amplia gama de sustancias contaminantes
con la intención de incluirlos en los nuevos
procesos ambientales.
Procesos microbianos
en la industria petrolera
La industria del petróleo es eminentemente
química. Es más, es la industria química por
excelencia. La abundancia y el relativo bajo
precio del petróleo han generado una intrincada red de industrias dedicadas a la refinación,
depuramiento y utilización de prácticamente
todas las fracciones del petróleo desde hace más
de un siglo.
A pesar de esta tendencia, las biotecnologías
están revolucionando este campo y entonces
esta industria pasará de petroquímica a petrobioquímica. La biología puede proporcionar
formas más eficientes y limpias de procesar el
petróleo y por esto jugará un papel fundamental en la nueva industria petrolera.
Algunos de los procesos donde se han utilizado las biotecnologías como alternativa a los
métodos tradicionales son:
• Extracción de yacimientos:
Bajo circunstancias ideales, el petróleo surge
espontáneamente de un pozo en el subsuelo.
Sin embargo, aunque en muchas ocasiones se
utilizan bombas para acelerar la extracción,
sólo se recupera una parte del volumen del
yacimiento. Se ha implementado una variedad
de métodos físicos para poder acceder al petróleo remanente, pero ninguno de estos métodos permite recuperar la totalidad del volumen del yacimiento y ha sido necesario
generar nuevas tecnologías para mejorar el
rendimiento.
Las biotecnologías han aportado una solución
a este problema. Es posible utilizar un polímero producido por Xanthomonas Campestris
conocido como goma de xantana para aumentar la cantidad de petróleo extraíble. La demanda mundial de esta sustancia supera las 25.000
toneladas anuales.
Otra alternativa para la recuperación extra de
petróleo es la aplicación directa (in situ) de microorganismos, en un proceso conocido como
MEOR (Microbial Enhanced Oil Recovery). El
fundamento de este proceso es que el crecimiento microbiano sobre la superficie de las rocas del
depósito promueva el desalojo del petróleo.
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“
El uso de biotecnologías
permite optimizar el procesamiento del petróleo y conjuntamente, ayuda a disminuir
los efectos contaminantes
del mismo. Por ejemplo, la
remoción biológica de azufre
por bacterias o la eliminación
de metales por enzimas.
De este modo se logra un
doble propósito: el producto
tiene un mayor valor y el
proceso de obtención es más
limpio y económico
”
• Depuración de combustibles:
Al quemar petróleo como combustible, el azufre
se convierte en óxidos de azufre que se liberan a
la atmósfera dando origen a las lluvias ácidas.
El azufre es un elemento esencial para la vida.
Algunos microorganismos pueden metabolizar
compuestos organoazufrados para proveerse de
este elemento. Este hecho es el principio básico
de una de las más interesantes aplicaciones de la
microbiología en la industria del petróleo, la
biodesulfuración; base de varios procesos comerciales como el propuesto por la compañía norteamericana Energy Biosystems Corporation.
Sin embargo, existen dos importantes inconvenientes para la incorporación de este proceso
a nivel industrial. La primera es que, dado de
que los hidrocarburos no son solubles en agua,
deben utilizarse grandes cantidades del cultivo
bacteriano. La segunda es el tiempo requerido
para este proceso, demasiado lento para los
flujos habituales en una refinería.
Como alternativa se ha propuesto purificar
enzimas para usarlas como catalizadores. Estas
pueden llevar a cabo reacciones en presencia
de solventes orgánicos, trabajar a altas temperaturas, son reutilizables y además pueden ser
altamente específicas. En este caso particular,
el problema para la generación de un catalizador enzimático, es la necesidad de un cofactor
regenerable.
Por todas estas razones, y a pesar de lo exitosa que pueda ser la biodesulfuración a nivel de
planta piloto, es posible que no se consolide
como proceso industrial. La opción actual es la
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utilización de otras actividades enzimáticas,
que no requieran de la regeneración de cofactores, como base de los catalizadores.
• Biosíntesis microbiana
de hidrocarburos:
En tiempos de escasez de combustibles, como en
la Segunda Guerra Mundial, se realizaron combustibles sintéticos a un gran costo. Pero la
biología también está aportando soluciones para
la formación de algunos de los compuestos del
petróleo, barata y rápida, a través de seres vivos,
por lo que es muy posible que podamos producir
en el futuro petróleo de origen bioquímico.
Actualmente es posible generar un sinfín de
productos químicos sintéticos derivados del
petróleo extremadamente útiles, tales como
plásticos, pesticidas, entre otros, gracias a las
biotecnologías.
Desde el punto de vista biotecnológico, los
lípidos que se acumulan de manera natural en
algunas plantas y microalgas tienen potencial
como combustibles alternativos. Estos compuestos pueden ser extraídos y procesados para
generar substitutos de los combustibles, conocidos como biocombustibles. Éstos se están
realizando a través de la hidrogenación de la
biomasa de microalgas. También es posible a
través de bacterias, aunque existen muy pocos
estudios acerca de la producción de hidrocarburos por este método.
La microalga verde Botrycoccus braunii ha
sido ampliamente estudiada por su capacidad
de producir y acumular elevadas concentracio
nes de lípidos altamente saturados, es decir,
de hidrocarburos. Finalmente, no obstante su
estupenda capacidad para producir estos compuestos, su potencial está limitado principalmente por su baja velocidad de crecimiento.
Biotecnología y medio ambiente
Las sociedades actuales se enfrentan a serios
problemas de contaminación ambiental. Latinoamérica no es la excepción. Esta condición
reta a nuestras sociedades para encontrar medidas efectivas que controlen los efectos negativos de la contaminación; las biotecnologías
están aportando mucho en la solución.
La biotecnología ambiental a través de sus
múltiples aplicaciones ha demostrado actuar de
manera benéfica, eficiente y costeable en la solución a problemas severos de contaminación y en
el diseño de nuevas tecnologías que permiten
optimizar procesos industriales y disminuir simultáneamente la emisión de contaminantes al
medio ambiente.
Bacterias que comen petróleo
Las descargas accidentales y a gran escala de
petróleo líquido son una importante causa de
contaminación de los suelos y aguas y es un
potencial riesgo para los países productores de
petróleo. La explotación petrolera por lo general
se realiza en zonas de alta fragilidad ecológica.
En ocasiones las prácticas utilizadas son inadecuadas, y en muchos casos negligentes, por lo
que las áreas de explotación están expuestas
constantemente a derrames petroleros.
Con el fin de hacer limpieza de zonas contaminadas por derrames petroleros, se está utilizando la técnica de bioremediación. En general,
este proceso utiliza microorganismos para degradar sustancias contaminantes como metales
pesados o hidrocarburos en sustancias simples
no dañinas para el medio ambiente.
A este respecto es importante plantearse, ¿cuáles serán los efectos producidos en los microorganismos por substancias mutagénicas? ¿Serán
ellos capaces de reproducirse con las poblaciones
silvestres, y cuál será su impacto en ellas?
El uso extensivo de microorganismos podría
generar eventualmente especies resistentes a los
antibióticos mediante mutaciones. Esto sin duda
es un riesgo potencial para el medio ambiente,
pero existe una solución muy ingeniosa a este
conflicto: la construcción de microorganismos
“suicidas”, que sólo puedan propagarse en la cepa
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El uso extensivo de
microorganismos podría
generar eventualmente especies resistentes a los antibióticos mediante mutaciones.
Esto sin duda es un riesgo
potencial para el medio
ambiente, pero existe una
solución muy ingeniosa a este
conflicto: la construcción de
microorganismos “suicidas”,
que sólo puedan propagarse
en la cepa original. Usando
sofisticados sistemas genéticos se han implementado
estas funciones “suicidas”
en dichas especies
”
original. Usando sofisticados sistemas genéticos
se han implementado estas funciones “suicidas”
en dichas especies.
El futuro de las biotecnologías
aplicadas al petróleo
Aunque existían indicios de los alcances de las
biotecnologías aplicadas en la industria petrolera, no es sino hasta hace poco que se han
hecho realidad.
Las principales firmas biotecnológicas están
invirtiendo grandes cantidades en la búsqueda
de nuevos procesos biológicos que puedan ser
aplicados en la industria. Los expertos en el
tema piensan que muchos de los procesos industriales que se implementarán en los próximos 50 años tendrán su fundamento en recursos biotecnológicos, ya que ellos son eficientes,
limpios y auto sustentables. Los métodos tradicionales de procesamiento del petróleo también
se enriquecerán con la generación de nuevas
biotecnologías.
Si bien estamos enfrentando enormes retos
para el futuro, en ningún momento las biotecnologías han sido tan excitantes y llenas de
oportunidades como en el presente. | PYV |