Biotecnologia ambiental Objetivo Tecnologias

Objetivos Preservar o meio ambiente e seus recursos do impacto negativo da atividade do homem.

O uso adequado da natureza (plantas, animais, bactérias, fungos e outros seres vivos) de forma a se obter: energia renovável, Alimentos, e Nutrientes, em um ciclo de benefícios integrados onde os processos que produzem resíduos servem de base (fornecem insumos) para novos processos.

O que é? (Sociedade Internacional de Biotecnologia Ambiental) O desenvolvimento, uso e regulação dos sistemas biológicos relacionados a: Remediação dos ambientes (terra, ar e água) contaminados e Processos ambientalmente corretos tais como aqueles envolvidos nas tecnologias verdes ou limpas, e de desenvolvimento sustentável Prevenção da poluição

Enquanto a ecologia microbiana tenta entender os ecossistemas microbianos, a biotecnologia ambiental tenta manipulá-las, criando ambientes propositadamente “não-naturais”, em oposição ao “natural” dos ecossistemas.

A biotecnologia ambiental pode incluir: Tratamento de resíduos tratamento de efluentes (remoção de matéria orgânica, N, P, S, metais) tratamento biológico de gás de combustão (remoção de odor, sulfeto, compostos aromáticos voláteis) biorremediação de solos (degradação das xenobióticos, petróleo, PAH, PCB) biocombustíveis e a produção de biogás a partir de resíduos orgânicos. Processos ambientalmente mais amigáveis Processos biocatalisados geram menos subprodutos e podem ser executados em temperaturas mais baixas. Produtos ambientalmente mais amigáveis Os produtos podem ser mais biodegradáveis, tais como novos tipos de materiais plásticos e polímeros, ou novos tipos de detergentes.

Tecnologias limpas (“greentech” ou “cleantech”) Termo usado para descrever produtos ou serviços que melhorem o desempenho operacional, a produtividade ou eficiência, reduzindo custos, insumos, consumo de energia, resíduos ou poluição. Sua origem tem relação com o aumento da consciência do aquecimento global, mudanças climáticas e o impacto sobre o ambiente natural a partir da queima de combustíveis fósseis.

Tecnologias Verdes ou limpas (“greentech” ou “cleantech”) BIORREMEDIAÇÃO (usando-se microrganismos e plantas (fitorremediação) PREVENÇÃO DETECÇÃO E MONITORAMENTO

Biorremediação Biodegradação Uso de sistemas biológicos na redução da poluição do ar, água ou sistemas terrestres. Biodegradação

Biodegradação Aplicações práticas Vias metabólicas normalmente utilizadas para crescimento e produção de energia são usadas para degradação de poluentes. COMETABOLISMO A comunidade microbiana envolvida na degradação de compostos xenobióticos pode ser dividida em dois grupos: os microrganismos primários e os secundários. Os primários são capazes de metabolizar o substrato principal fornecido ao sistema, enquanto os secundários utilizam os produtos liberados pelos microrganismos primários. Aplicações práticas

Biorremediação Poluente Detoxificação Não detoxificação Mineralização completa Biodegradação incompleta Ex: Tetra –CloroEtileno ou Tri CE geram compostos mais tóxicos que os originais CO2+ água+sais inofensivos

Biorremediação Papel dos microrganismos

(com nutrientes, bactérias, oxigênio, CO2 ... outros requisitos) BIOrremediação Biorremediação intrínseca - natural Suplementação (com nutrientes, bactérias, oxigênio, CO2 ... outros requisitos) Biomagnificação (+ microrganismos) Bioestimulação (+ nutrientes) Bioventilação (+ CO2, + O2) Landfarming (+ O2 + microrganismos) Exxon Valdez, Alasca 1989

Biorremediação Biomagnificação

Inoculantes

PEAD revestimento Bomba para coleta lixívia Camada de pedra CAMADA DE SOLO A TRATAR Feno de alfalfa para reter umidade Rodas do sistema de irrigação Tubulação com suficientes perfurações Tubo flexível coleta do lixiviado Válvula controla subida para o biorreator ou para tanque de água Mangueira de recirculação Biorreator (bactéria) Tubulação de água 16 . Sistema distribuição água

USOS Remover ou reduzir resíduos poluentes presentes no ambiente. Remover poluentes antes de atingir o ambiente (end of pipe processes)

Água e efluentes industriais Microrganismos nas estações de tratamento de esgoto e de efluentes industriais removem a maior parte dos poluentes antes destes serem lançados no ambiente. Aumento da atividade industrial aumentou necessidade de eliminar especificamente poluentes como: compostos de fósforo, nitrogênio, metais pesados e compostos a base de cloro.

Água e efluentes Biorreatores Biorreatores onde poluentes + microrganismos ficam em suspensão custos Biomassa produzida pode servir para ração Microrganismos produzidos são re-usados como insumos de outras industrias (Ex: biomassa do Penicillium na produção de antibiótico)

Ar e poluentes gasosos No início foram usados filtros preenchidos com composto para a retirada de odores. Bioscrubber Velocidades de processamento baixas e vida curta

Solo In situ biorreatores Ex-situ Aplicáveis as tecnologias bioestimulação, magnificação, bioventilação, dentre outras.

Águas subterrâneas e subsolo Biorremediação de TCEs (tricloroetilenos) no Japão

Fitorremediação “Fitorremediação de solos contaminados com tebuthiuron utilizando-se espécies cultivadas para adubação verde”   Pires, F.R. e colaboradores Prof. da Faculdade de Agronomia da Universidade de Rio Verde – FESURV, Fazenda Fontes do Saber, Campus Universitário, Caixa Postal 104, 75901-970 Rio Verde-GO, <frpires@fesurv.br> 

Resíduos sólidos Digestão anaeróbica Compostagem Ciclagem nutrientes Alternativa incineração Digestão anaeróbica Compostagem Biogás + Resíduos estáveis Estratégia de biorremediação Fertilizante Baixa liberação

Compostagem O que é? Compostagem é o conjunto de técnicas aplicadas para controlar a decomposição de materiais orgânicos, com a finalidade de obter, no menor tempo possível, um material estável, rico em húmus e nutrientes minerais; com atributos físicos, químicos e biológicos superiores (sob o aspecto agronômico) àqueles encontrados na(s) matéria(s) prima(s).

O processo

Fase 1 do processo: decomposição inicial

Temperatura e oxigênio

A microbiota Inoculantes de composto Homogeneidade Relação C/N

Início Final Fase I

Fase II Fermentação para eliminação dos microrganismos patogênicos, sementes e condicionamento processo também denominado PASTEURIZAÇÃO pasteurizador

Microbiologia da compostagem

Eficiência dos processos Uso alternativo de enzimas - tornou muitos processos ambientalmente corretos mais limpos (cleantech) ENZIMAS: 1) Não são tóxicas 2) Biodegradáveis 3) Funcionam em condições moderadas de temperatura 4) Processos energeticamente mais econômicos

Inovação de produtos Bioplásticos Plantas transgênicas Biotecnologia ajudou a produzir NOVOS MATERIAIS com menos impacto no ambiente Bioplásticos Evita o uso de fontes não renováveis (combustíveis fósseis) Plantas transgênicas Resistentes a insetos Microrganismos transgênicos - com capacidade de biorremediar inúmeros poluentes

Detecção e monitoramento Enumeração microrganismos - técnicas de biologia molecular e imunoensaios. Técnicas para detecção microbiana - FISH e outras Biosensores (biológicos + eletrônicos) - avaliação de poluentes

Biosensores Os biosensores são biomiméticos - imitam organismos vivos. São constituídos por lipídios, que são utilizados para avaliar a toxicidade de elementos químicos. As membranas geram respostas específicas para diferentes tipos de compostos orgânicos, permitindo sua identificação.