El Dr. Joan de Pablo és catedràtic d’enginyeria química i director Científic de l’Àrea de Tecnologia Ambiental de la Fundació CTM Centre Tecnològic. La Dra. Irene Jubany és investigadora i responsable de Sòls de l’Àrea de Tecnologia Ambiental de la Fundació CTM Centre Tecnològic. Tots dos van participar a la jornada organitzada per Biocat, el passat 8 de juny, a Barcelona.
Article d'opinió
Els microorganismes, els fongs i les plantes habiten la terra des de fa milions d’anys i han estat i són fonamentals per al desenvolupament de la vida al planeta tal com la coneixem.
Els processos que permeten la vida d’aquests organismes comporten reaccions bàsiques en les que intervenen tant la matèria com l’energia. L’exemple més conegut és la fotosíntesi, la transformació del diòxid de carboni atmosfèric en oxigen a les fulles de les plantes.
Actualment, la pressió que el creixement de la població exerceix sobre el planeta —s’ha arribat a 6.000 milions de persones i va en augment— fa que la nostra agricultura i indústria hagin d’operar d’una manera sostenible i això genera, sens dubte, avenços en els processos biotecnològics.
La utilització d’aquests processos per part de l’home en benefici del medi ambient comporta l’aparició del concepte de biotecnologia ambiental que la International Society for Environmental Biotechnology (ISEB) defineix com: “Integració de la ciència i l’enginyeria per al desenvolupament, l’ús i la regulació dels sistemes biològics per al tractament i restauració dels ambients contaminats (sòl, aire i aigua) i per al desenvolupament de processos amigables ambientalment (tecnologies verdes i desenvolupament sostenible)”.
Si bé diversos sistemes biològics poder ser utilitzats en la biotecnologia ambiental, la utilització de microorganismes és la més estesa, ja que es poden gestionar per donar diferents serveis a la societat. Aquests serveis van des de l’eliminació de la toxicitat dels contaminants presents en l’aigua, el sòl, els sediments i els llots fins a la recuperació de recursos a partir de residus. Al mateix temps, també es poden utilitzar per convertir en valor energètic diferents tipus de biomassa des de la seva forma difusa, i en alguns casos perillosa com són els residus sòlids urbans, a formes d’energia utilitzables directament per la societat com el biogàs (metà i diòxid de carboni) i l’hidrogen.
Els microorganismes són capaços de desenvolupar-se adaptant-se a pràcticament qualsevol medi. Així, hi ha microorganismes que poden suportar altes dosis de radioactivitat com la que hi ha a les piscines de les centrals nuclears on s’emmagatzema el combustible nuclear gastat o d’altres que viuen en ambients amb una concentració elevada d’arsènic. Per al seu creixement necessiten una font d’alimentació, que com qualsevol ésser viu, està basada en el carboni i una font d’energia. L’obtenció d’energia es realitza a nivell cel·lular mitjançant un bescanvi d’electrons en el qual es requereix una espècie capaç de cedir als electrons una espècie capaç d’acceptar-los. Aquest procés tan senzill, i a la vegada tan complicat, s’aprofita en la biotecnologia ambiental per posar els microorganismes al servei de la lluita contra la contaminació amb l’objectiu de transformar substàncies perilloses (contaminants) en substàncies innòcues o menys perilloses ja que els contaminants serviran com a font de carboni, donador d’electrons o acceptor d’electrons.
Entre els contaminants donadors d’electrons hi ha els hidrocarburs del petroli, la matèria orgànica biodegradable i l’amoni que els microorganismes aerobis podran convertir en diòxid de carboni i nitrat. D’altra banda, si els contaminants són acceptors d’electrons (com el cromat, l’arseniat o l’uranil) poden ser transformats, en medi anaerobi, en espècies químiques amb menor mobilitat en el medi ambient, i si els contaminats són substàncies tòxiques (com els dissolvents organoclorats) poden ser convertits en espècies menys tòxiques.
Aquests processos s’han aplicat des de fa temps a la depuració d’aigües residuals tan urbanes com industrials amb l’objectiu principal de disminuir la concentració de matèria orgànica, eliminar compostos orgànics recalcitrants, eliminar metalls pesats o tòxics i reduir o eliminar nutrients i organismes patògens. Un altre camp d’aplicació ha estat la depuració de gasos contaminats amb compostos orgànics volàtils o compostos inorgànics de sofre i amoni, responsables, la majoria d’ells, de les olors associades, per exemple, a depuradores d’aigües i abocadors.
Un altre camp d’actuació important és l’aplicació de la biotecnologia a sòls contaminats i aigües subterrànies per tractar diferents contaminants com hidrocarburs del petroli, hidrocarburs aromàtics policíclics, dissolvents organoclorats, metalls i nitrats. Aquestes actuacions es poden dur a terme in situ, és a dir, sense remoure ni extreure el sòl contaminat o l’aigua subterrània, o ex situ, fent el tractament en instal·lacions específiques. Les barreres passives reactives i l’estimulació dels microorganismes amb fonts externes de carboni són exemples de tractaments in situ, mentre que la tecnologia de les biopiles, que consisteix en afavorir els processos biològics en piles de sòl contaminat, és un exemple de tractament ex situ.
Però no només s’ha d’utilitzar la biotecnologia ambiental per oferir solucions finals als problemes de contaminació generats per l’home. Un dels reptes als quals s’enfronta aquesta disciplina és la integració de les tecnologies biològiques en els processos productius per tal de minimitzar els recursos utilitzats i els residus generats de forma que es recuperin materials valoritzables i energia dels corrents residuals. Amb aquesta nova visió dels processos productius podríem passar a veure els corrents residuals com a fonts de nous materials, recursos i energia. D’aquesta manera, s’ha d’aconseguir minimitzar l’extracció de recursos i energies no renovables, maximitzar l’ús i regeneració de l’aigua, i minimitzar els residus no aprofitables.
Per tal d’assolir aquests objectius i millorar les aplicacions i l’ús de la biotecnologia ambiental, la incorporació de noves eines és de vital importància. En primer lloc, cal destacar la biologia molecular que permet conèixer els microorganismes involucrats, els processos i la relació entre els microorganismes i el medi. Així, tècniques com la PCR o el FISH han de permetre avançar en el coneixement microbiològic aplicat. En segon lloc, la modelització matemàtica dels processos biològics ha de ser utilitzada per al disseny de noves tecnologies i noves aplicacions per a la indústria. Finalment, i com a tercer exemple, la metodologia d’anàlisi del cicle de vida (ACV) ha de servir per quantificar la millora ambiental dels nous processos biotecnològics des del punt de vista d’utilització de recursos i d’impacte al medi.
En definitiva, la biotecnologia ambiental és una disciplina que requereix un equip multidisciplinari que ha de caminar amb la finalitat de millorar els processos industrials per tal de reduir els recursos utilitzats de matèria i energia i minimitzar la generació de residus no aprofitables evitant al màxim l’impacte de l’home al medi. Tot això, a partir de sistemes biològics al servei de la societat.