TECNOLOGAS LIMPIAS Integrantes: Alcntara Saldaa, Karol Livias de Freitas, Katherine Quiroz Rodrguez, Nataly Saldaa Staroverova, Wilton 2015 1 TECNOLOGAS LIMPIAS, RESIDUOS DOMSTICOS, INDUSTRIALES Y AGRCOLAS | TECNOLOGAS LIMPIAS 1. TECNOLOGA LIMPIA Gran parte de los avances en la aplicacin de la biotecnologa al tratamiento de residuos implicaneltratamientodelresiduounavezquehasidoproducidoenalgntipode procesofinal.Esteabordajenoessiempreunasolucinsatisfactoria,yaquemuchos tratamientos simplemente transfieren la contaminacin a un rea diferente. As, la mejor solucin es eliminar o reducir la contaminacin en su origen y por lo tanto, la minimizacin del residuo o la prevencin de la contaminacin se han colocado en el primer lugar en el tratamiento del residuo. El segundo lugar lo ocupa el reciclaje, seguido por el tratamiento y finalmente la eliminacin. Esto es casi lo contrario de las prcticas anteriores en que losresiduosdetodotiposetratabandespusdesuproduccinenlugardeser prevenidos.Lareduccindelacontaminacinensuorigen,algunasvecesconocida comotecnologalimpia,puedeadoptarciertonmerodeformasquepuedenimplicar cambios en los procedimientos, cambios tecnolgicos y cambios en el material de partida. Los cambios en el procedimiento incluyen la prevencin de prdidas, el manejo de los materiales y mejoras en el funcionamiento de las plantas y factoras y no es probable que seanafectadosporlabiotecnologa.Loscambiosenlatecnologapuedenincluir variacionesenlaingenieradeprocesosincluyendocambiosenlosprocedimientos, condiciones de operacin y automatizacin. Los cambios en el material de partida pueden reducir el residuo. Fig. 01. Diseos industriales para procesos convencionales y para aquellos que incorporan reciclaje durante la produccin y despus del uso del producto (Hill, 1997). 2 TECNOLOGAS LIMPIAS, RESIDUOS DOMSTICOS, INDUSTRIALES Y AGRCOLAS | TECNOLOGAS LIMPIAS Lasustitucindeunproductoqumicoporotromenostxicoreducirlosriesgosyel reciclaje del material puede reducir la cantidad necesaria de material de partida (Fig. 01). Sepuedeaplicarlabiotecnologaaloscambios,tantoentecnologacomoenlos materiales,yalgunasreasenquesuaplicacinpueayudarareducirelresiduoola contaminacin son las siguientes: Cambiosenlosprocesosqueimpliquenlasustitucindemtodosqumicospor microorganismos o enzimas, incluyendo organismos modificados genticamente.Control integrado de plagas (IPM) y control integrado de cosechas (ICM) que reducen el uso de insecticidas y herbicidas (productos agroqumicos).Control biolgico: el uso de materiales biolgicos para el control de plagas y enferme dales reduce el uso de productos agroqumicos.La produccin plstico biodegradable por microorganismos.La desulfuracin biolgica del carbn y el petrleo (Captulo 5).La produccin de combustibles biolgicos (Captulo 6). 1.1.CAMBIOS EN LOS PROCESOS Los ejemplos de uso de microorganismos para sustituir procesos qumicos son limitados peroexisteungranpotencial,particularmenteahoraquepuedensermodificados genticamente.Unejemploeslaproduccinbiolgicadeacetonaybutanolquefue desarrollada en 1914 para sustituir a un proceso qumico que fue, a su vez, reemplazada en 1950 por la produccin qumica de acetona a partir de polipropileno. Sin embargo, una mejor comprensin de los procesos biolgicos a travs de la aplicacin de la tecnologa recombinante(Girbal&Soucaille,1998),combinadaconunamejoraenelcontroldel proceso y en el tratamiento del residuo puede dar lugar a la reintroduccin de los sistemas biolgicos. Tienen adems la ventaja de que utilizan recursos renovables. Un ejemplo de la capacidad de la ingeniera gentica para ajustar el metabolismo de un microorganismo paraadaptarloaunprocesoeslaproduccinndigoqueseutilizaparateiralgodn (Bialy,1997).Sedescubriqueunacepadepseudomonascontenaunaenzima,la naftalenodioxigenasa(NDO)queconvertaelindolenindoxilquesedimeriza oxidativamenteparadarndigo.ElgenfueclonadoenE.coli,quefueascapazde sintetizarndigo,peroelrendimientoresultmuybajo.Paramejorarelrendimientose modific E. colipara producir un exceso de triptfano o del precursor del ndigo, indol. Lasenzimaslarutadelcorismatofueronsobreexpresadasparasuacumulacin.La desviacin del corismato acumulado a triptfano se consigui amplificando el opern trp e insertando una triptfano sintasa mutada. Esto estimul la formacin de indol y el indol fue convertido en ndigo con alto rendimiento. Sin embargo, en las pruebas a gran escala se observ que el ndigo contena azul demasiado rojo. 3 TECNOLOGAS LIMPIAS, RESIDUOS DOMSTICOS, INDUSTRIALES Y AGRCOLAS | TECNOLOGAS LIMPIAS La presencia de indirrubina se deba a la isatina, un derivado del indoxil. El nivel de isatina secontrolajustandoeloxgenodisueltoyclonandolaenzimaisatinahidrolasaque conviertelaisatinaenuncompuestoincoloro.LanuevacepadeE.colicontena15 nuevosgenesysecultivagranescalaobtenindoseunproductoidnticoalndigo producido qumicamente. La introduccin de 15 nuevos genes fue un proceso muy difcil pero el proceso final utilizando E. coli era considerablemente ms limpio que la sntesis qumica.Estaltimanecesitabaochooperaciones,utilizandocompuestosqumicos altamente txicos, requiriendo condiciones especiales y proteccin para los trabajadores. Las condiciones econmicas del proceso biolgico tambin eran mejores que las de la sntesis qumica y los residuos formados eran mucho ms fciles de tratar. Lasenzimaspuedenreemplazaralasntesisqumicaendeterminadasindustrias, incluyendo la agroqumica, la farmacutica y la produccin de detergentes y tienen las ventajas de producir menos subproductos y funcionar a temperaturas ms bajas. Unos pocos ejemplos del uso de enzimas en procesos existentes son los siguientes: Procesamientodelcueroenquelasenzimasseutilizanparaeliminarelpeloyla grasa.Procesamientodetextilesenquelasenzimashanreemplazadoalosproductos qumicos para la eliminacin del almidn y la neutralizacin de la leja.Procesamiento del papel utilizando un blanqueador enzimtico (xilanasa) en lugar de cloro.Detergentesquecontienenenzimas(lipasa,proteasa)soncapacesdefuncionara temperaturas de lavado ms bajas de 40C, reduciendo la utilizacin de energa. La celulasapuededevolverelcoloraprendasdealgodnaleliminarunacapade celulosa de las fibras de algodn.Lasenzimasseutilizanenunavariedaddeprocesosalimentariostalescomola conversin de almidn en azcar (amilana), evitando el uso de cidos.Unaenzima,fenoloxidasa,hasidoaisladaeidentificadacomoresponsabledela produccin de adhesivos en los mejillones. Tambin se ha aislado de un moho y se est utilizando para fabricar adhesivos que son ms fuertes y ms seguros que los convencionales, ya que tienen base acuosa. El descubrimiento de bacterias capaces de crecer en condiciones extremas tales como manantiales termales, aguas profundas termales y lagos salados (Cuadro 4.2) ha dado lugaralaintroduccindeunnuevogrupodebacterias,lasArchaea.LasArchaea contienenextremfilosquesoncapacesdecrecerencondicionesextremasdepH, salinidad, presin y temperatura, lo cual ha estimulado los esfuerzos para comprender la adaptacinfisiolgicaatalesextremos.Estosorganismossondeusopotencialen biotecnologa. 4 TECNOLOGAS LIMPIAS, RESIDUOS DOMSTICOS, INDUSTRIALES Y AGRCOLAS | TECNOLOGAS LIMPIAS Un grupo de Archaea, los hipertermfilos, contienen enzimas termostables de particular inters, ya que la termostabilidad en las enzimas es una caracterstica muy deseable ya que extiende su rango de actividad y permite a la enzima funcionar a temperaturas altas y tener una vida media ms larga. Los extremfilos son difciles de aislar y cultivar, pero se ha probado un cierto nmero de enzimas que pueden introducirse en mesfilos o servir de base para la alteracin de enzimas de mesfilos para incrementar su estabilidad. Los genes que codifican las enzimas de termfilos e hipertermfilos han sido expresados en un mesfilo y las enzimas mantienen sus propiedades (Danson and Hough, 1998). Un ejemploeselclonajedeunaxilanasatermostabledeThermotogamaritimaenE.coli (Chen et al., 1997). Los genes que codifican enzimas termoflicas que han sido donados ysecuenciadosnohanmostradograndesdiferenciasconlasenzimasmesoflicas.A pesar de la similitud en su estructura, la base de la estabilidad de la protena parece ser unaumentoensucompacidad,unareduccindeloshuecosinternosyun empaquetamiento interno con la formacin de agrupaciones de isoleucina.CUADRO 4.2 EXTREMFILOS ARCHAEA Termfilos: crecen a 55-80C (ver Fig. 02) Hipertermfilos: crecen a 80-110C Psicrfilos: crecen a