Pronto, residuos radiactivos como los restos de cadmio, plomo y mercurio, especialmente peligrosos para la vida debido a su incidencia sobre el sistema nervioso, podrán ser eliminados por la propia naturaleza, a través de tecnologías verdes ya aplicadas con éxito, englobadas en una nueva disciplina: la biorremediación.
La vida repara a la vida, como una alegoría de la hipótesis de Gaia. Aunque, eso sí, en ocasiones este proceso se produzca en décadas o centenares de años. El ser humano cree que los procesos de reparación naturales, que permiten la descomposición o absorción de sustancias tóxicas o contaminantes, pueden acelerarse.
La biorremediación (o biodegradación) se refiere a cualquier proceso de recuperación medioambiental producido usando microorganismos, hongos, plantas o enzimas derivadas de ellos. Se cree que estas técnicas pronto recuperarán en años -no décadas o siglos-, entornos dañados por vertidos petrolíferos o fallos en centrales nucleares, dos fenómenos que preocupan a la opinión pública mundial.
Estimulando las defensas de la naturaleza
Existen algunos falsos mitos ya presentes en la nueva disciplina, debido a su especificidad. A menudo se cree que la biorremediación consiste en esparcir microbios que no estaban presentes en un entorno dañado, que restaurarían.
En realidad, la intervención humana consiste en aplicar un suplemento nutriente o fertilizante, que maximiza el potencial de crecimiento y producción de algunos microorganismos ya existentes en el lugar contaminado.
De momento, la biorremediación ya ha sido aplicada con éxito para acelerar la degradación compuestos químicos orgánicos (como los hidrocarburos), con ayuda de altas concentraciones de hongos o bacterias. También avanzan las técnicas para neutralizar residuos nucleares en cada vez menos tiempo con técnicas que emplearían microorganismos.
Una vieja técnica unida al desarrollo tecnológico humano
El ser humano ha usado técnicas de biorremediación durante siglos, en procesos que fueron inventados a menudo en entornos ajenos al impulso tecnológico del neolítico.
Por ejemplo, hay evidencias de que una civilización amazónica creó las condiciones para que siglos después se extendiera la selva amazónica, gracias a la Terra Preta de Indio, o uso a gran escala de carbón vegetal (biochar) para fertilizar conscientemente grandes extensiones de terreno.
El investigador Johannes Lehmann ha constatado que la “tierra negra del Amazonas” (también “tierra oscura del Amazonas”) no es fruto de la casualidad.
Según Lehmann, una civilización precolombina que habitó la Amazonia entre los años 2500 y 500 antes de Cristo se sirvió de técnicas de fertilización del suelo basadas en el carbón vegetal, que beneficiaron a medio plazo sus cosechas.
A largo plazo, las técnicas de biorremediación y geoingeniería de la civilización precolombina habrían hecho posible el Amazonas tal y como lo conocemos. Paradójicamente, la zona podría padecer una regresión también causada por el ser humano.
Existen otros ejemplos ancestrales de biorremediación con gran impacto. Por ejemplo, se ha desalinizado terreno agrícola durante siglos usando plantas capaces de extraer las sales del terreno.
Las técnicas de compostaje para convertir residuos orgánicos en fertilizante de calidad se remontan al momento en que el ser humano empezó a experimentar en zonas como el Creciente Fértil con la domesticación de las semillas silvestres que aportaban mayores ventajas nutritivas.
El proceso, como explica Jared Diamond en Guns, Germs, and Steel (Armas, gérmenes y acero), derivó en los avances del neolítico e incluso en el dominio de determinadas civilizaciones sobre el resto.
Acelerar las técnicas de remediación de la propia naturaleza
La biorremediación ya se aplica con éxito en varios proyectos y tanto centros de investigación como empresas alaban su capacidad regeneradora. Porque el ser humano no ha inventado estos métodos en un laboratorio; a menudo, se trata de mecanismos puestos en marcha por la propia naturaleza, para contrarrestar los efectos de algún desastre o contaminación.
Eso sí, todavía no existen proyectos de biorremediación que solventen los grandes problemas medioambientales causados por el hombre, que ni siquiera la naturaleza puede reparar a corto plazo.
Los científicos sueñan con que estas técnicas pronto permitan, por ejemplo, usar microorganismos que se alimenten de contaminación e hidrocarburos con la rapidez y efectividad suficientes como para regenerar las zonas dañadas por el vertido de BP en el Golfo de México.
Ni técnicas similares que lograran neutralizar y eliminar la radiación del reciente desastre nuclear en Fukushima, Japón.
Recordando que la naturaleza tiene mecanismos de restauración
La biorremediación puede acontecer sin intervención humana, a través de procesos naturales que, por ejemplo, promoverían la proliferación de microorganismos que se alimentan de compuestos orgánicos en aguas con una gran concentración de hidrocarburos. No obstante, la actuación humana puede acelerar la tendencia natural.
La reparación natural puede estimularse añadiendo fertilizantes, que aumentarían la actividad de determinados microorganismos en un medio. En los últimos años, se han probado con éxito técnicas que inoculan microbios especialmente activos con un determinado contaminante (“biorremediadores”) para, con su presencia, estimular la capacidad de los microbios ya existentes en el medio de descomponer sustancias tóxicas.
De menos a más difícil: hidrocarburos, metales tóxicos, residuos nucleares
Si bien la biorremediación promete eliminar en el futuro las peores consecuencas de vertidos de compuestos orgánicos como los hidrocarburos, debido a que varios prometedores “biorremediadiores”, como los micelios (hongos) y bacterias se alimentan de compuestos químicos orgánicos.
Pero no todas las sustancias contaminantes son eliminadas con la misma facilidad por los microorganismos “biorremediadores” conocidos. Los metales más tóxicos para la vida, como el plomo, el cadmio y el mercurio, no han sido de momento capturados en su totalidad por microorganismos, cuando se encuentran en grandes concentraciones.
El mercurio, por ejemplo, dificulta cualquier proyecto de biorremediación a gran escala, ya que por sus características anómalas (un metal líquido e inestable, irritante, que produce vapores tóxicos y corrosivos, dañino por inhalación, ingestión o contacto), ya que su presencia en los vertederos contamina los acuíferos, que acaban vertiéndolo al mar. Una vez en el mar, la sustancia afecta a toda la cadena alimentaria.
Ingeniería genética y biorremediación
Varios microbiólogos creen que la ingeniería genética puede crear microorganismos capaces de acelerar la biorremediación. Abundan los estudios que afirman que la biorremediación no sólo puede restaurar entornos contaminados, sino hacerlo de un modo más económico que cualquier solución alternativa conocida, como ha publicado el microbiólogo Derek R. Lovley en Nature.
Asimismo, los investigadores Hassan Brim, Sara C. McFarlan, James K. Fredrickson, Kenneth W. Minton, Min Zhai, Lawrence P. Wackett y Michael J. Daly publicaron en 2000 un esperanzador artículo en Nature. Habían conseguido modificar la bacteria deinococcus radiodurans (el segundo organismo conocido más resistente a la radiación) para que digiriera con voracidad tolueno y mercurio radiactivos procedentes de residuos nucleares.
La modificación con éxito de esta bacteria extremófila, así como otros experimentos similares, han multiplicado el interés por la biorremediación de varias compañías y gobiernos.
Casos de la vida diaria: cómo deshacerse (del todo) de pañales
La biorremediación también puede aplicarse a soluciones para problemas medioambientales causados por nuestra actividad cotidiana.
En *faircompanies, hemos explorado con cierta insistencia el reto ecológico que representa un producto de higiene personal aparentemente tan inocuo como los pañales. Hemos tratado el impacto de los pañales, las alternativas con menor huella ecológica o incluso actitudes que la hacen desaparecer completamente, como adelantar la continencia del bebé, para que desaparezca la necesidad de llevar pañal, al menos de manera continuada (y dejarlo, por ejemplo, durante la noche).
El negocio de los pañales ha priorizado en las últimas décadas el coste de fabricación y la comodidad o conveniencia para los padres por encima de su coste medioambiental.
Además del empleo de sustancias potencialmente nocivas como la clorina, que poco a poco desaparece de todos los pañales, el pañal de usar y tirar convencional usa ingentes cantidades de celulosa y plástico.
No contaminar, antes que biorremediar
Varias compañías comercializan desde pañales Cradle to Cradle (“de la cuna a la cuna” o C2C, productos biodegradables que se convierten en nutrientes para la tierra sin que sea necesario usar más energía en su reciclado, etcétera), hasta versiones de tela con interior intercambiable, combinando los pañales clásicos con un interior biodegradable.
No obstante, la abrumadora mayoría de pañales vendidos en el mundo combinan la conveniencia en su uso para los padres con su creciente huella ecológica. The Economist cita a estudios en vertederos que demuestran que los pañales tardan siglos en desvanecerse por completo.
El modo más efectivo de eliminar el impacto ecológico de los pañales se encuentra, según conceptos como el diseño “de la cuna a la cuna”, en la redefinición del propio producto, de tal modo que al final de su vida útil, “el gasto se convierta en alimento”, tal y como ocurre en los diseños de la naturaleza.
Eliminar residuos (pañales) y cultivar alimentos (champiñón ostra)
Hasta que todos los pañales vendidos en el mundo no sean biodegradables, no obstante, su consumo es un problema medioambiental, que Alethia Vázquez-Morillas, de la Universidad Autónoma Metropolitana de Ciudad de México, cree que se puede paliar con un proceso de biorremediación que emplea hongos.
El equipo de la profesora Vázquez-Morillas explica a The Economist que es posible acelerar el proceso de descomposición de los pañales actuales en los vertederos cultivando el tipo de hongo adecuado, que se alimentaría de este desecho.
El proceso descompone el 90% del material de los pañales convencionales usados en 2 meses y, al cabo de 4 meses, se han desvanecido por completo. Mejor todavía: pese a la dieta de los hongos en cuestión empleados en la biorremediación (pletorus ostreatus, conocidos comúnmente como gírgola o champiñón ostra), el cultivo tan poco convencional proporciona setas totalmente seguras para el consumo humano.
En este caso, la biorremediación soluciona la contaminación producida por los desechos (pañales usados), que nutren un hongo no sólo inocuo, sino comestible para el ser humano.
10 métodos de biorremediación
La micorremediación es una forma de biorremediación en la que se emplean hongos para descontaminar un área, en concreto a través del uso de micelios, el cuerpo vegetativo del hongo, difícil de estudiar debido a su carácter subterráneo y fragilidad.
En *faircompanies ya hemos hablado de las posibilidades de la micología como herramienta para la biorremediación, a través de trabajos como el del estadounidense Paul Stamets, convencido de que los micelios pueden salvar el mundo y, de paso, la civilización humana. Los micelios son la maraña de conductos filamentosos que conforman la parte subterránea del hongo, con un aspecto a caballo entre un sistema nervioso primigenio y las raíces de una planta.
Uno de los roles del reino de los fungi en los ecosistemas es la descomposición de la materia orgániza que a continuación nutre a árboles y el resto de plantas, llevado a cabo por los micelios, la parte no visible de los hongos y setas (un mero “fruto”).
Los micelios segregan encimas extracelulares y ácidos capaces de descomponer la celulosa y la lignina, componentes estructurales de la fibra vegetal. Gracias a su tarea, los ecosistemas procesan con mucha mayor rapidez y efectividad la materia orgánica muerte y la convierten en nutrientes para las plantas, con las que se asocian.
Debido a su capacidad para descomponer materia orgánica, los micelios pueden ser empleados para transformar hidrocarburos e incluso gases nerviosos (como el VX y el sarín) en fertilizante orgánico, de un modo económico.
La fitorremediación se refiere al tratamiento de problemas medioambientales mediante el uso de plantas, un proceso más sencillo y mucho menos costoso que modalidades tradicionales, como excavar el material contaminante y depositarlo en un lugar controlado. Asimismo, como el resto de modalidades de biorremediación, se evita el impacto ecológico de la maquinaria y el transporte de las sustancias peligrosas, que además deben ser almacenadas y no desaparecen.
En cambio, la fitorremediación usa plantas que absorben del suelo las sustancias contaminantes. Se han usado técnicas de restauración medioambiental con plantas en distintas situaciones: tanto cuando la contaminación se concentra en el suelo como el agua o incluso el aire.
Se emplean en el proceso plantas con la habilidad de absorber y acto seguido degradar o eliminar pesticidas, solventes, explosivos, hidrocarburos y sus derivados, así como otras sustancias tóxicas tales como restos de metales pesados. La fitorremediación se ha usado con éxito para restaurar el suelo de minas abandonadas, incluyendo minas de carbón, donde abundan sustancias tóxicas como los bifenilos policlorados o PCB.
La bioventilación se sirve de microorganismos para descomponer sustancias tóxicas que han sido absorbidas por el agua. El objetivo de esta práctica es estimular a las bacterias ya presentes en el área degradada, para así acelerar la biodegradación de los hidrocarburos. Consiste en insuflar oxígeno y, si es necesario, añadir nutrientes para facilitar el crecimiento bacteriano.
El oxígeno es inducido a través de una inyección directa de aire en el lugar donde se ha producido la contaminación. Se emplea con éxito como asistencia para acelerar la degradación de residuos de crudo, aunque también para disipar compuestos orgánicos volátiles (VOC en sus siglas en inglés), vapores o gases presentes en combustibles fósiles, disolventes y pinturas.
Los VOC son liposolubles y afectan al sistema nervioso central. También pueden ser cancirógenos, como el benceno. De ahí la conveniencia y premura de reducir su presencia en zonas contaminadas.
A través de la biolixiviación, es posible extraer metales específicos de los minerales en que están encastados, un método con mucho menos impacto que la lixiviación tradicional, en la que se emplea cianuro, especialmente tóxico para la vida.
La biolixiviación gana terreno entre las técnicas de minería más prometedoras para el futuro, debido a su menor impacto ecológico y a la ausencia de contaminación del suelo. La biohidrometalurgia, práctica minera que engloba a la biolixiviación, se usa para obtener cobre, zin, arsénico, antimonio, níquel, molibdeno, oro, plata y cobalto.
El ser humano ha empleado el cultivo agrícola como tratamiento de biorremediación del suelo superficial desde tiempos inmemoriales. El proceso es tan sencillo como efectivo: suelos contaminados por purines, sedimentos o lodos tóxicos, se incorporan a la superficie del suelo cultivable, que es arado en varias ocasiones para airear la nueva composición.
Se ha usado con éxito durante años para disipar altas concentraciones de hidrocarburos y pesticidas, sin usar más equipamiento que el usado en cualquier explotación agraria convencional, desde un arado con tiro animal a un sofisticado tractor.
La mezcla y arado de suelos con hidrocarburos y pesticidas para aumentar su oxigenación, estimula la flora microbiana que acelerará, con la ayuda de la cosecha elegida, la degradación de componentes tóxicos para el medio ambiente.
Cuanto mayor el peso molecular de un suelo mixto (cuanto más elevada la concentración de hidrocarburos), mayor lentitud en el proceso de degradación. Los compuestos más clorados y nitrados son más difíciles y lentos de biodegradar mediante el cultivo de tierras.
6. Biorreactor
Los biorreactores son sistemas de descomposición biológica más complejos que un compostador casero, aplicados a escala industrial. En sentido estricto, son meros recipientes que mantienen un ambiente biológicamente activo, como un compostador doméstico o una cuba en la que fermenta un vino o un licor.
Su interior ha sido diseñado para facilitar y aumentar el efecto de procesos químicos generados por microorganismos en contacto con sustancias químicas, a través de procesos aeróbicos (ecosistemas controlados en los que el oxígeno está presente) o anaeróbicos (sin oxígeno).
Su diseño suele ser cilíndrico y de acero inoxidable con tamaños que varían desde apenas unos mililitros a varios metros cúbicos. Son utilizados para convertir aguas negras y grises o purines de explotaciones agropecuarias en fertilizante biológico.
7. Compostaje
El compost no es más que estiércol orgánico. El compostaje convierte residuos orgánicos en fertilizante orgánico, especialmente indicado para reinstaurar la riqueza en suelos empobrecidos con el uso agrícola o procesos de erosión. Se ha empleado desde el propio nacimiento de la agricultura, en lugares como el creciente fértil, donde se han hallado evidencias de fertilización consciente de cosechas con restos orgánicos humanos, animales y vegetales.
Consiste en estimular la descomposición aeróbica (con alta presencia de óxigeno) de la materia orgánica, en contraposición con métodos anaeróbicos. Hay técnicas que aceleran la descomposición empleando lombrices especialmente efectivas procesando material orgánico (vermicompostaje). Compostar permite reinstaurar el ciclo natural a cualquier escala, desde un hogar hasta una explotación agraria orgánica.
Es un método de biorremediación al alcance de cualquiera de nosotros. Compostar implica someter la materia orgánica (en un entorno urbano, restos orgánicos de la cocina o restos de la jardinería) a un proceso de transformacióm natural para obtener abono natural. Por el camino, residuos potencialmente dañinos para el medio ambiente se transforman en fertilizante que enriquece un jardín, un huerto o una granja.
Además de su función como fertilizante, mejora la composición de la tierra, ya que aporta humus que compensan la pérdida de nutrientes de terrarios situados en entornos urbanos. Repara, en definitiva, el equilibrio de suelos dañados.
La bioaumentación se refiere a inocular cepas microbianas que han sido modificadas en el laboratorio para tratar con mayor rapidez y eficacia suelos y agua contaminada. El proceso se inicia a menudo en el propio medio contaminado, donde se toman muestras microbianas.
Si las variedades de bacterias ya presentes son capaces de restaurar el lugar contaminado, se opta por estimular su crecimiento. En ocasiones, no obstante, los microorganismos existentes no tienen la capacidad de remediación, momento en el que se introducen variedades exógenas modificadas.
La bioaumentación es utilizada en complejos municipales de tratamiento de aguas residuales, para acelerar la depuración de residuos tóxicos a través de biorreactores.
Una modalidad específica de fitorremediación (biorremediación usando plantas), la rizofiltración se sirve del filtrado de agua a través de raíces para eliminar sustancias tóxicas o exceso de nutrientes.
A diferencia de otras técnicas de fitorremediación, la rizofiltración emplea plantas cultivadas hidropónicamente (sin tierra, sólo con un suero enriquecido que incorpora todos los nutrientes necesarios para la planta), para absorber con sus raíces la toxicidad concentrada en el agua.
El agua contaminada se dispone en piscinas o estanques, o también se aplica como riego. En función del problema medioambiental que tratar, el cultivo hidropónico es trasladado a un emplazamiento contaminado, o bien el agua tóxica es transportada a un lugar de cultivo y tratamiento centralizado.
Los científicos destacan el potencial de esta técnica para regenerar aguas residuales y suelo contaminado.
10. Bioestimulación
La bioestimulación modifica el entorno para estimular las bacterias “biorremediadoras” existentes en el medio -aquellas con capacidad para restaurar un entorno con elevada toxicidad-.
Se emplean distintas técnicas para modificar el entorno que restaurar, entre ellos la inyección de nutrientes que estimulan el crecimiento de los microorganismos responsables de la restauración; o también técnicas de bioaumentación (inocular cepas microbianas genéticamente modificadas y con mayor capacidad para restaurar entornos con alta concentración tóxica).
Es un método conocido y efectivo para tratar aguas y subsuelo que han padecido vertidos de hidrocarburos.
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