Biotecnología

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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA METROPOLITANA DE PUEBLA

INGENIERÍA EN BIOTECNOLOGÍA

MATERIA:

“BIOQUÍMICA”

REPORTE DE METANOGÉNESIS.

PROFESORA.

DRA.GALDY HERNÁNDEZ ZARATE.

ALUMNO

JUAN ZACARÍAS LORENZO GREGORIO.

CUATRIMESTRE: OCTAVO GRUPO: BIOTECNOLOGÍA

PUEBLA DE ZARAGOZA A 17 DE JUNIO DE 2014

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Introducción.

La metanogénesis o biometanización, es la producción biológica de metano (CH4)

a partir de la reducción de carbonos orgánicos simples y CO2, utilizando H2 como

aceptador de electrones. Este proceso es llevado a cabo por microorganismos

conocidos como metanógenos (archaeas anaerobias estrictas) que muestran una

variedad distinta en su morfología y en la composición química de su pared. Estos

microorganismos se han identificado sólo desde el dominio Archaea, un grupo

filogenéticamente distinto de tanto en eucariotas y bacterias, aunque muchos

viven en estrecha asociación con las bacterias anaeróbicas. Las bacterias

metanogénicas abundan en ambientes donde limitan aceptadores de electrones

tales como O2, NO3-, Fe3+, y SO4, digestores anaerobios, sedimentos anóxicos,

suelos de humedales, subsuelo marino, vertederos, pantanos, volcanes y tractos

gastrointestinales de animales (Blandon, 2009).

Los microorganismos metanogénos involucrados en el proceso de metanogénesis

son considerados mesofílicos y no halofílicos. En algunos casos, estos pueden ser

extremófilos y vivir en temperaturas bajo y sobre las óptimas, al igual que tolerar

pH extremos. Algunos ejemplos de este tipo de microorganismos son;

Methanobacterium, Methanothermus, Methanolobus, Methanohalobium,

Methanosaeta, Methanococcus. La producción de metano es una forma

importante y generalizada del metabolismo microbiano. La metanogénesis puede

ser producido por varias rutas, aunque una de las más comunes es la reducción

de CO2, el cual es un compuesto común en la naturaleza y un producto importante

del metabolismo energético de los organismos quimioorganotróficos. Los

procariotas reductores de CO2 emplean generalmente el H2 como donante de

electrones tal como se muestra en la ecuación siguiente: CO2 + 4 H2 → CH4 + 2H2O.

Durante algunos de estos procesos los substratos que se convierten en metano

por la acción de metanógenos, los cuales liberan energía adecuada para la

síntesis de ATP, incluyendo formiato, acetato, metanol y metilamina (Carrillo,

2003).

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Visto desde un punto bioquímico la producción de metano ocurre en tres etapas

principales tal como se muestra a continuación.

1. Fase de hidrólisis:

Las bacterias de esta primera etapa toman la materia orgánica virgen con sus

largas cadenas de estructuras carbonadas y las van rompiendo y transformando

en cadenas más cortas y simples (ácidos orgánicos) liberando hidrógeno y dióxido

de carbono. Este trabajo es llevado a cabo por un complejo de microorganismos

de distinto tipo que son en su gran mayoría anaerobios facultativos (Terry, 2010).

2. Fase de acidificación:

Esta etapa la llevan a cabo las bacterias acetogénicas y realizan la degradación

de los ácidos orgánicos llevándolos al grupo acético CH3-COOH y liberando como

productos Hidrógeno y Dióxido de carbono. Esta reacción es endoexergética pues

demanda energía para ser realizada y es posible gracias a la estrecha relación

simbiótica con las bacterias metanogénicas que substraen los productos finales

del medio minimizando la concentración de los mismos en la cercanía de las

bacterias acetogénicas. Esta baja concentración de productos finales es la que

activa la reacción y actividad de estas bacterias, haciendo posible la degradación

manteniendo el equilibrio energético (Terry, 2010).

3. Fase metanogénica:

Las bacterias intervinientes en esta etapa pertenecen al grupo de las achibacterias

y poseen características únicas que las diferencian de todo el resto de las

bacterias por lo que las diferencian de todo el resto de las bacterias por lo cuál, se

cree que pertenecen a uno de los géneros más primitivos de vida colonizadoras de

la superficie terrestre (Terry, 2010). Después de la formación de biogás resulta es

una mezcla constituida fundamentalmente por metano (CH4) dióxido de carbono

(CO2), y pequeñas cantidades de hidrógeno (H), sulfuro de hidrógeno (SH2) y

nitrógeno (N) constituye un proceso vital dentro del ciclo de la materia orgánica en

la naturaleza (BIOMAX, 2005).

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Producción de metano.

La producción de biogás por descomposición anaeróbica es un modo considerado

útil para tratar residuos biodegradables ya que produce un combustible de valor,

además de generar un efluente que puede aplicarse como acondicionador de

suelo o abono genérico. Este gas se puede utilizar para producir energía électrica

mediante turbinas o plantas generadoras a gas, o para generar calor en hornos,

estufas, secadoras, calderas u otros sistemas de combustión a gas, debidamente

adaptada para tal efecto. El metano es fácil de obtener, no tiene mal olor y se

obtiene a partir de materia orgánica. Para descomponer la materia orgánica y

obtener biogás se requiere de un biodigestor para transforma por reacciones

biológicas los residuos orgánicos (biomasa) en biogás y como subproducto

obtener un fertilizante orgánico llamado biól. El biodigestor completamente cerrado

y con algunas valculas de escape, puede ser alimentado con la excreta de

animales como vacas, cabras, porcinos, etc.Hay varios tipos de biodigestores y

tiene cierta simpleza de fabricar, incluso con un tinaco o cisterna de PVC en

desuso, si se encuentra roto se puede rehabilitar utilizando fibra de vidrio y resina

(Maanum & Green, 2004).

Fig. 1: Imagen que muestra un panorama del uso de residuos orgánicos para la

obtención de biogás y sus beneficios.

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Producción de metano en Africam Safari.

Durante la visita a Africam Safari, pudimos observar un biodigestor para la

producción de gas metano a partir de una enorme fuente de materia prima, el

estiércol de elefante. El encargado de este proyecto comento que más adelante se

ampliara este proyecto ya que se cuenta con una enorme cantidad de materia

prima, es decir el estiércol de los animales que ahí viven y que actualmente no se

le da un uso adecuado, por tanto solo va a parar a un relleno sanitario lo cual

representa un serio problema de contaminación ambiental y de gastos económicos

debido al transporte de estos, sin embargo al usar correctamente estos estiércoles

se puede obtener metano para darle un uso potencial en la obtención de energía

en para sistemas de calefacción e iluminación además de contribuir a la

disminución de contaminación ambiental.

Para obtener el biogás se utiliza un biodigestor, que es un sistema que transforma

mediante reacciones biológicas los residuos orgánicos (biomasa) en biogás y

como subproducto, se obtiene un fertilizante orgánico llamado biól.

Fig. 2: Diagrama del biodigestor usado en Africam Safari para producción e biogás.

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El sistema usado para este propósito es también conocido como biobolsa o

bidigestor tubular construido a partir de un silo bolsa. Esta es una tecnología de

fácil manejo y mantenimiento. Este dispositivo utiliza un área de aproximadamente

4,5 m x 1.5 m. Con una carga diaria de 20-25 kg de excreto de elefante mezclada

en 40-50 l de agua. Se agita y de se deja que actúen los microorganismos para

producir metano.

A continuación se presenta una imagen del modelo utilizado para este propósito.

Fig. 3: Modelo de Biodigestor tubular utilizado en obtención de metano en Africam

Safari.

Conclusión:

El biogás representa uno de los recursos energéticos más sostenibles y con mayor

potencial de crecimiento en el uso de energías, además que se puede obtener a

partir desechos como el estiércol se reduce el impacto ambiental. Por tanto

podemos decir que esto representa una excelente forma de aplicar las

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herramientas de biotecnología para aprovechar estos recursos y obtener los

máximos beneficios que nos ofrecen algunos microorganismos.

Referencias

BIOMAX. (5 de Noviembre de 2005). Universal porcino. Obtenido de

http://www.aacporcinos.com.ar/articulos/instalaciones_porcinas_10-

2012_la_digestion_anaerobica_la_aplicacion_del_biogas_en_el_area_rural.

html

Blandon, S. (3 de Abril de 2009). Metanogenesis . Obtenido de metanogenseis .

Carrillo, L. (2003). Biogas. Microbiologia y agricultura.

Maanum, B., & Green, S. (8 de Noviembre de 2004). Manual de biodigestores.

Terry, V. (2010). Producion de biogas. Tecnologia renobables, 23.