Hacia Dónde va la Ciencia en México Un análisis para la acción desde las perspectivas académica, sectorial y tecnológica

Biotecnología Ambiental en México: Retos y Desafíos

Dr. Elías Razo Flores

erazo@ipicyt.edu.mx

www.ipicyt.edu.mx

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Global - Cambio climático - Contaminación de agua y aire - Sobreexplotación de recursos pesqueros - Conflictos geopolíticos por recursos

Países en desarrollo: México - Contaminación de agua, aire y suelo - Perdida de biodiversidad y destrucción de recursos naturales - Deforestación, desertificación - Creciente urbanización sin infraestructura básica

Problemática Ambiental

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Algunas estadísticas acerca de México

Territorio 1,964,375 km2

Población 112 M habitantes (2010) 127.2 M habitantes (2030) PIB $ 1,168,197 M USD Consumo de agua ~ 72 km3/año 25% incremento al 2030

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Contraste entre el desarrollo en México y disponibilidad de agua

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Aceptable 22%

Contaminada 15%

Altamente contaminada 7%

Excelente 5%

Compuestos tóxicos 2%

Baja contaminación 49%

Contaminación de aguas superficiales Estudio de 535 cuerpos de agua

DBO, DQO y SST son los únicos criterios empleados para estimar la calidad del agua

Subdirección General Técnica. CNA

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Demanda de agua en México

Consumo de agua ~ 72 km3/año Subdirección General de Programación. CNA

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Agua residual municipal en México

Producción 235.1 m3/s 88.9% del agua residual municipal se colecta en la red de alcantarillado

2 M ton DBO5 se generan cada año

32.5% DBO5 se remueve en los sistemas de tratamiento

Agua residual municipal tratada

En 2010 se trató 93.6 m3/s, 39.8% del caudal generado

Atlas del agua en México 2012. CNA

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Agua residual industrial en Mexico

Producción 212.6 m3/s: industria azucarera 28%, petrolera 19%, agropecuaria 17% y química 6%

13.05 M ton DBO5 se generan anualmente

10% DBO5 se remueve en los sistemas de tratamiento

Agua residual industrial tratada (m3/s)

En 2010 se trató 63.6 m3/s, el 29.9 % del caudal producido

Atlas del agua en México 2012. CNA

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Lagunas aeradas y de estabilización 26%

Primario avanzado 14.9%

Otros 7.8%

Primario 4.1%

Lagunas de oxidación 3.5%

Filtros biológicos 3%

Lodos Activados 40.7%

Métodos de tratamiento de aguas residuales municipales usados en Mexico

1,182 PTAR Capacidad tratamiento 84,331 L/s

AR tratada 60,242 L/s

Reactores Anaerobios (UASB) suman 0.4% Estadísticas del agua en México. CNA 2005

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Tratamiento de agua residual en México: ¿dónde nos encontramos?

• La brecha entre agua residual producida y tratada es aún muy grande, principalmente en el sector industrial. • Aproximadamente la mitad de las PTAR municipales tienen eficiencias de remoción de DBO mayores al 50%. • La mayoría de las PTAR fueron diseñadas para la remoción de DBO. Sólo las PTAR más recientes han sido diseñadas para remoción de nitrógeno en cierto grado. • Muy pocas PTAR tienen instalaciones para el tratamiento y digestión de lodos. • El agua residual que no es tratada es descargada a los sistemas de drenaje o bien a cuerpos superficiales, agravando el problema de contaminación. • La contaminación por actividades agrícolas, ganaderas (“runoff contamination”) y lixiviados de rellenos o tiraderos municipales e industriales no ha sido cuantificada.

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Perspectivas del tratamiento de agua residual en Mexico

El agua es el recurso natural con más riesgo en México y debe de ser visto como un asunto de seguridad nacional. Aspectos relacionados al agua que deben ya ser abordados: Asegurar la calidad del agua y su acceso.

Asegurar el suministro en calidad y cantidad.

Tratamiento de lodos residuales y eliminación de patógenos

Control de contaminantes emergentes que ponen en riesgo la salud pública.

Determinar las necesidades de infraestructura para el crecimiento de las comunidades.

Proteger los servicios ambientales/ecológicos que suministran agua.

Asegurar crecimiento económico dandole al agua el valor que se merece.

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Desafíos de la Biotecnología Ambiental P

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México

10 años

Modificado de Ternes y col. 2004

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Bioreactores para el tratamiento de aguas residuales

Reactor secuencial en lote Modificado de Buitrón y col. 2006

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Bioreactores para el tratamiento de aguas residuales

Bioreactor de membrana Modificado de Daigger y col. 2005

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Bioreactores para el tratamiento de aguas residuales

Reactor UASB

www.uasb.org

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Biodegradación de contaminantes traza

Modificado de Ternes y col. 2004

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Debido al aún incipiente desarrollo y práctica de la biotecnología ambiental en México, existe una gran oportunidad para promover la aplicación de tecnología sustentable para el tratamiento de efluentes. El agua es un recurso natural escaso en México, principalmente en el centro y norte del país, y debe de ser considerado como un asunto de seguridad nacional. Debido a la creciente preocupación pública acerca del agua en México, se tiene ya una legislación ambiental y se han hecho considerables inversiones en el sector. No obstante se requieren inversiones más cuantiosas. Se requiere una adecuada integración de la biotecnología ambiental para el tratamiento y reuso del agua residual con el objetivo de tener un crecimiento económico sustentable en el país. Este es el principal desafío para la gente involucrada en el sector y para la sociedad misma.

Desafíos para el tratamiento de agua y su reuso

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La sociedad actual no puede darse el lujo de usar el agua solo una vez

(Levine y Asano, 2004)

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Algunas estadísticas acerca de México

Territorio 1,964,375 km2

Población 112 M habitantes (2010) 127.2 M habitantes (2030) PIB $ 1,168,197 M USD Producción de petróleo 3.7 MMB/d (6º) Planta hidroeléctrica Chicoasén 2,400 MW (4º)

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Energía Renovable en México

En 2008 México produjo 10,500 PJ y consumio 7,314 PJ

Año 2008

2012 2024 2035 2050

Producción basada en renovables (%)

3.9

6.6

35

40

50

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Fuentes Alternas de Energía

Energía Eólica

Energía Solar

Energía Marina

Energía Nuclear

Bioenergía

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Bioenergía

Recursos renovables como materia prima: Biomasa

Bioetanol

Biodiesel

Biometano

Biohidrógeno

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Diagrama integral de una Biorrefinería

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Cultivos agrícolas

Extracción de aceites

Reacción de transesterificación

Separación de biodiesel y glicerol

Cultivo Rendimiento aceite (galones/acre/año)

Soya 48

Camelina 62

Girasol 102

Jatropha 202

Palma de aceite 635

Algas 1000-6500 b

a Adaptado de Chisti (2007) b Rendimientos adaptados del reporte DOE 2010

Biodiesel

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Utiliza CO2 y tienen altos rendimientos por área de cultivo.

Pueden minimizar y evitar competencia con tierras de cultivo y nutrientes que se usan para la agricultura convencional.

Pueden utilizar aguas residuales, aguas de producción, agua salina y reducir por tanto la competencia por los suministros de agua limpia.

Biodiesel US $10.5/galón Petrodiesel US $3.80/galón

Necesidad de investigación

Microalgas: alta densidad energética

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Producto final Proceso

Biodiesel Extracción aceites y transesterificación

Etanol Fermentación

Metano Digestión anaerobia de la biomasa/Metanización del syngas producido a partir de la biomasa

Hidrógeno Procesos bioquímicos en algas

Calor y electricidad

Combustión directa de la biomasa microalgal. Gasificación de la biomasa

Otros combustibles

Gasificación/pirólisis de la biomasa, procesamiento del syngas resultante

Otros biocombustibles/fuentes de energía a partir de micro algas

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Biotecnología ambiental: Otras áreas de oportunidad

Biorremediación de suelos y acuíferos

Biolixiviación

Nanobiotecnología

Biotecnología blanca

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Acciones estratégicas

Enfoque Integral en la producción y uso sustentable de recursos naturales

Marco regulatorio e incentivos fiscales

Desarrollo de mercados

Desarrollo institucional (investigación y desarrollo tecnológico, formación y desarrollo de grupos multidisciplinarios en temas prioritarios, proyectos piloto y demostrativos, etc.)

Programas intersectoriales con objetivos y metas específicos (SENER, CNA, SEMARNAT, SALUD, SAGARPA, SEP, etc.)

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Gracias por su atención