Paper semana 25

Semana: 25
NAI: 363
Tema Eje: electroquímica
Línea de acción: Agua y sustancias químicas
Región: Junín
Actividad: Día de la defensa nacional
Categoría: manejo ambiental

Título:
USO DE LA "GEOBACTER SULFURREDUCENS" PARA DISMINUIR LA CONTAMINACIÓN DE LOS RELAVES MINEROS Y GENERAR ELECTRICIDAD

Objetivo(s):
- Determinar la eficiencia de la Geobacter sulfurreducens para disminuir la contaminación por relaves mineros en el departamento de Junín.
- Producir electricidad de baja potencia mediante estas bacterias.
- Informar a la población acerca de estas bacterias y de su modo de obtención.

Variables:
Variable independiente: uso de geobacter sulfurreducens
Variable dependiente: Disminución de la contaminación de metales por las aguas residuales y generación de electricidad.

Hipótesis:
Al usar la Geobacter sulfurreducens se podrá disminuir la contaminación por relaves mineros y generar electricidad de baja potencia.

Resumen (250 palabras):
El problema que hay en la región de Junín se debe a la creciente contaminación causada por los relaves mineros.
Una alternativa de solución sería el uso de la geobacter sulfurreducens gracias a su capacidad para provocar la precipitación de un gran número de radio núcleos y metales solubles, tales como el uranio, el tecnecio o el cromo.
Este trabajo tiene como principal objetivo Determinar la eficiencia de la Geobacter sulfurreducens para disminuir la contaminación por relaves mineros y en su proceso generar energía eléctrica.
Estas bacterias se hallan en hábitats acuáticos anaerobios, en el fondo de ríos aunque otras especies son marinas a pesar de que existen otros organismos anaeróbicos que también generan bioelectricidad, las Geobacter tienen la ventaja de que pueden transferir los electrones directamente, sin necesidad de “transportadores” que implican costos extra; son las mejores.
Además se trata de un organismo que puede ser cultivado. Eso es interesante, porque el 99 por ciento de las bacterias que habitan en el suelo no lo son, no presentan condiciones para hacerlos crecer en laboratorio.
En conclusión este trabajo ayudaría al ambiente de la región como a los habitantes ya q el problema de relaves mineros causa enfermedades afectando asi su calidad de vida y su salud.

Problema:
El problema que hay en la región de Junín se debe a la creciente contaminación causada por los relaves mineros. Esto se debe a que, en esta zona del país, existen gran cantidad de minas en actividad. Los relaves mineros son los desechos que resultan del lavado de minerales, los cuales contienen sustancias tóxicas como el arsénico, cadmio, cianuro, mercurio y selenio, que, al tener contacto con el agua y el subsuelo, altera su composición natural.

Solución:
El interés por Geobacter radica en su capacidad para provocar la precipitación de un gran número de radionúcleos y metales solubles, tales como el uranio, el tecnecio o el cromo. Esta propiedad le convierte en un microorganismo muy útil en procesos de biorremediación de acuíferos subterráneos contaminados por estos metales, uno de los principales problemas ambientales en la actualidad. Geobacter reduce los iones metálicos y, como resultado, el metal pierde solubilidad y precipita en forma sólida, facilitando su eliminación.
Al igual que los humanos usan la glucosa para obtener energía al respirar oxígeno, estas bacterias respiran de manera semejante y toman los compuestos orgánicos que encuentran en el medio y los metabolizan; al hacerlo, liberan electrones, sólo que en lugar de transferirlos como los humanos, estas bacterias los trasladan a metales o también pueden ser canalizados a electrodos, que al almacenarse en una pila, permiten “cosechar” electricidad.
Geobacter reduce los iones metálicos y, como resultado, el metal pierde solubilidad y precipita en forma sólida, facilitando su eliminación. Geobacter spp. es un organismo relativamente abundante en los ambientes anaerobios subterráneos.

Se empleó una celda de combustible microbiana (CCM) a escala de laboratorio para la generación de electricidad. La celda consistió de dos cámaras separadas por una membrana de intercambio protónico (PEM). Se utilizaron electrodos de papel carbón y un catolito acuoso burbujeado con aire para proveer O2 disuelto al electrodo. La generación de potencia en la CCM, se debió a la presencia de bacterias como biocatalizadores en la cámara del ánodo. Las bacterias fueron obtenidas de un inóculo mixto anaerobio de tipo entérico, empleando agua residual sintética (ARS) como sustrato. Se determinó la influencia de la temperatura y el pH sobre el rendimiento de la CCM, encontrando que la mayor densidad de potencia fue generada a temperatura
mesofílica de 35 ±5°C y pH entre 5 y 6. Empleando resistencias de 600 y 1000Ù se obtuvieron densidades de 640 y 336mW•m 2, respectivamente. La eficiencia coulómbica obtenida fue de 59,8%. Este tipo de sistemas resultan atractivos para la generación de electricidad y a la vez para la degradación de la fracción orgánica.
Con estas bacterias es posible obtener dos tipos de celdas microbianas o baterías. Unas llamadas celdas de sedimento emplean el lodo donde habitan estos microorganismos; ahí, se produce energía simplemente conectando un electrodo en la parte donde, a cierta profundidad, no hay oxígeno, con otro electrodo que se encuentre en presencia de oxígeno.
Así se capturan los electrones y el potencial respectivo es grande, pues esa generación puede partir de desechos o materia orgánica en descomposición, sostuvo.
En el suelo, de forma “natural”, dependen de los metales para usarlos como aceptores o “aceptadores” de electrones y así activar su metabolismo. Por ello, señaló, el tiempo de duplicación es un poco más largo que el de otras bacterias, de dos días a una semana.
En el laboratorio, las condiciones cambian. Si se le da el alimento y el aceptor de electrones que requieren, el metabolismo se activa y el tiempo de duplicación es de sólo 45 minutos.
El uranio, el cromo, el cadmio y otros metales son difíciles de remover, sobre todo en el subsuelo, pues son muy solubles y se filtran a los mantos freáticos, perjudicándolos. Pero poniéndoles "alimento" a estos organismos, inyectándoles acetato, se pueden rescatar grandes extensiones de terreno, aclaró Juárez.
Como estos organismos ya existen en el subsuelo, no habría necesidad de introducirlos, simplemente estimularlos, darles compuestos para hacerlos crecer y que cumplan su función. Así ocurrirá en la Ex Hacienda El Hospital, donde se producían pinturas que contenían plomo, cadmio y cromo. Los desechos no eran tratados y se vertían a las fuentes de aguas superficiales de la zona. Así, el sitio quedó contaminado e incluso la población vecina presenta daños a la salud.
En 2002, en la periferia del casco de la hacienda, luego de más de 10 años que la fábrica fue cerrada, se encontraron 47 sitios contaminados por cromo, plomo y cadmio por arriba de las normas permitidas.
Generación de potencia en la CCM: La densidad de potencia generada por la CCM se midió en mW•m 2, y para los cálculos se empleó la ecuación de la potencia. Al emplear una resistencia de 1000Ù la máxima potencia generada fue de 335mW•m 2 (263 ±72mW•m 2) con un voltaje de 1,05V. Cuando se utilizó una resistencia de 600Ù se obtuvo una máxima densidad de potencia de 640mW•m 2 (515 ±125mW•m 2) con 0,99V, es decir, la potencia fue cerca del 50% mayor que la obtenida con una resistencia de 1000Ù.
De igual forma, la remoción de materia orgánica expresada en DQO fue de 65 y 82%, respectivamente, con 1000 y 600Ù.

Conclusiones:
Un dispositivo de celda de combustible microbiana tipo PEM puede generar electricidad y a la vez depurar agua residual, lo que lo hace atractivo para tratamientosin situ o para la modificación de las actuales plantas de tratamiento convencionales.

Imágenes:
En este cuadro se puede ver la eficiencia que tiene la Geobacter sulfurreducens en comparación con otras bacterias para la producción de energía eléctrica.


Fuente: http://www.scielo.org.ve/pdf/inci/v33n7/art08.pdf

Investigación futura:
Un aspecto a mejorar en futuros estudios es aumentar el área del ánodo para compensar las pérdidas por muerte y espacio ocupado por otras bacterias no generadoras de electricidad en el biofilm. - La eficiencia coulombica en un electrodo acuoso se puede mejorar empleando para el circuito una menor resistencia.

Alfabetización funcional (FODA):
Fortalezas: Tiene una eficiencia produciendo electricidad con más de un 50% en comparación con otras.
Oportunidades: Sería muy económica y además descontaminaría los relaves mineros de algunos metales
Debilidades: Recién está en fase experimental.
Amenazas: No es muy conocida en el Perú y

Origen y motivo de la investigación:
El trabajo se origina a partir del artículo de Abraham Esteve-Nuñez (Actualidad SEM 2008), que realiza sus trabajos con la bacteria reductora de Fe(III) “Geobacter metallireducens” (texto entrecomillado) y de Gorby et al (2006) PNAS que trabajan con otro reductor de Fe(III) anaerobio facultativo: Shewanella onidiensis.

Viabilidad a la región:
Es viable ya que el geobacter sulfurreducens es un organismo relativamente abundante en los ambientes anaerobios subterráneos.

Palabras claves (Definición)
BACTERIA: Microorganismo unicelular, sin núcleo. Interviene en procesos como la fermentación, y pue de ser la causa de enfermedades tales como el tifus, el cólera, enfermedades venéreas, etc.
DESCONTAMINAR: Depurar lo que está contaminado de sus sustancias nocivas.
ELECTRICIDAD: Conjunto de fenómenos físicos derivados del efecto producido por el movimiento y la interacción entre cargas eléctricas positivas y negativas.
RELAVE: son desechos tóxicos subproductos de procesos mineros y concentración de minerales, usualmente una mezcla de tierra, minerales, agua y rocas.

Páginas web consultadas:
http://cienciatec.wordpress.com/2008/06/25/bacterias-electricidad/
http://oldearth.wordpress.com/microbios-en-accion/bacterias-productoras-de-electricidad/
http://www.elhispanonews.com/news.php?nid=6397
http://www.ahorausa.com/CyT121903BacteriaSecuenciada.htm
http://www.ecotropia.com/n2020104.htm

Datos Personales:
Apellidos y Nombres: Dale Salazar H.
Año de estudios: 3ro de sec.
Nodo: Quantum
Correo electrónico: dalesalazarh@gmail.com