miniaturadeimagen|El derrame de petróleo del Exxon-Valdez fue uno de los primeros desastres en que se usó la bioremediación. Biorremediación se llama a cualquier proceso biotecnológico que utiliza microorganismos, hongos, plantas o las enzimas derivadas de ellos para recuperar un medio ambiente alterado por contaminantes a su condición natural. Este aprovechamiento de las capacidades catabólicas de los seres vivos, en su mayoría son microorganismos, es lo que se denomina biorremediación y la primera referencia a este término data de 1930, cuando Tausz y Donath introducen la idea. La biorremediación puede ser usada en los diferentes compuestos de la materia. Un ejemplo de un tratamiento más generalizado es el de la limpieza de derrames de petróleo por medio de la adición de fertilizantes con nitratos o sulfatos para estimular la reproducción de bacterias nativas o exógenas (introducidas) y de esta forma facilitar la descomposición del petróleo crudo. El uso de la biorremediación como estrategia presenta numerosas ventajas respecto a las estrategias de remediación de índole químicas o físicas. Entre las ventajas a enumerar según la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) (2004) se encuentran:
No produce desechos significativos en cantidad y, en general, tampoco en su toxicidad Es una herramienta con poca demanda de energía Es en comparación, más económica que todas las otras estrategias posibles Puede funcionar como complemento de otras técnicas, o secuencialmente a ellas Causa una perturbación mínima en el sitio de operación Resulta en operaciones sencillas y de bajos requerimientos
Sin embargo, cabe mencionar que el uso de estrategias de biorremediación generalmente conduce a periodos de tratamiento mucho más prolongados que los de índole fisicoquímica. Además, a través del uso de sistemas biológicos, no se logra una remoción completa del contaminante sino que siempre hay una fracción recalcitrante que no es degradada en el proceso. Pese a estos factores, la biorremediación es sin duda la estrategia más atractiva debido a su bajo costo, a ser amigable con el medio ambiente y a la interesante relación costo/beneficio que presenta para la recuperación de pasivos ambientales, aumentando significativamente la factibilidad de desarrollarla.
Además de la utilización exclusiva de microorganismos, hay que agregar la posibilidad del empleo de plantas (fitorremediación) y los microorganismos asociados a su rizósfera (rizorremediación). Además de su rol directo en la degradación de componentes orgánicos, el uso de plantas presenta la doble ventaja de mejorar la microflora rizosférica a través de sus exudados y micorrizas, y favorecer la degradación aeróbica por parte de la flora microbiana del suelo, gracias al incremento en la concentración de oxígeno que genera en la zona radicular.
Otra alternativa de biorremediación que ha ido en ascenso en los últimos años es la utilización de compostaje con residuos orgánicos. La utilización de compost o enmiendas orgánicas a un suelo contaminado con derivados del petróleo acelera la degradación microbiana de compuestos orgánicos xenobióticos, resultando en una estrategia de costo módico que a su vez lidia con la problemática actual de la generación y tratamiento de residuos.
Independientemente del método a utilizar para eliminar la contaminación de un suelo, hay una miríada de factores que influyen sobre la eficiencia final y los costos de un proceso de biorremediación. Entre esos factores se destacan: i) las características fisicoquímicas del suelo, incluyendo su composición, cantidad de nutrientes, biodisponibilidad de oxígeno, contenido de humedad; ii) la cantidad de suelo a tratar, ya que grandes cantidades generalmente acarrean un requerimiento de infraestructura o logística muy demandante, que encarecen su realización; iii) las características del contaminante (tanto estructura química y concentración inicial como el valor final al que se quiere llegar) ya que la duración del tratamiento y su factibilidad dependerán en buena parte de la capacidad de ser degradado por los organismos habitantes del suelo.
Estrategias de biorremediación
Bioestimulación Dentro de las estrategias de biorremediación, la bioestimulación es la más frecuentemente utilizada, y la que ha reportado mejores resultados y eficiencia en la remoción de hidrocarburos derivados del petróleo en suelos. En esencia, la bioestimulación busca aprovechar las capacidades catabólicas de la comunidad de microorganismos ya habitantes del suelo, al adecuar los factores ambientales que resultan limitantes para el desarrollo microbiano y la degradación del contaminante. En general, los factores más incidentes sobre los cuales suele indagar la bioestimulación, involucran la disponibilidad de macronutrientes (nitrógeno y fósforo), por lo cual generalmente se vincula a la bioestimulación con la fertilización o el agregado de estos macroelementos al suelo. Si bien la concentración de N y P, y por ende la optimización de la relación C:N:P en suelo, han sido habitualmente referenciadas como las principales variables que afectan la remoción de hidrocarburos cuando se implementan estrategias de bioestimulación, también hay casos en los que otras características necesitan ser estudiadas. Entre ellas se puede mencionar al contenido de agua en el suelo (humedad), el pH, la disponibilidad de oxígeno y la temperatura.
Bioaumento El bioaumento por su parte, consiste en la inoculación de la matriz contaminada con microorganismos, o grupo de microorganismos (consorcios), que poseen la capacidad catabólica de degradar parcial o totalmente el contaminante presente en dicha matriz. Suele aplicarse cuando la velocidad de degradación del contaminante en la matriz sin inocular no es suficiente para que se remueva en tiempos convenientes.
La utilidad y eficiencia del uso del bioaumento como método de biorremediación es controversial. Muchas veces, el microorganismo o grupo de microorganismos que se inoculan, no logran establecerse en la matriz contaminada, y no son detectables luego de un cierto tiempo de tratamiento. Esto es debido principalmente a que la microflora presente en el suelo ya se encuentra adaptada a las particulares condiciones ambientales e interacciones biológicas presentes en dicho suelo, y no permite que los microorganismos inoculados se establezcan en el suelo. Por otro lado, de acuerdo a la bibliografía, en la mayoría de los casos la utilización de bioaumento como técnica de biorremediación suele presentar resultados menos satisfactorios que los obtenidos con bioestimulación. En algunos casos, esta dificultad se supera por medio de la adecuación de variables (bioaumento + bioestimulación), mientras que en otros se suelen usar cepas que presentan la capacidad de producción de surfactantes, con lo que se busca aumentar la biodisponibilidad de los hidrocarburos para el resto de la comunidad microbiana. Es el caso, por ejemplo, de algunos miembros del género Rhodococcus, que producen biosurfactantes que permanecen adheridos a la membrana o a la pared celular, favoreciendo la degradación de compuestos orgánicos.
Adición de surfactantes En muchos casos, por más que el suelo disponga de un número y calidad adecuada de microorganismos para llevar a cabo la remediación, y que las variables fisicoquímicas así como las cantidades de nutrientes del suelo sean las adecuadas, los contaminantes no son removidos de manera significativa. Esto suele pasar cuando el contaminante se encuentra estrechamente ligado a las partículas de suelo, reduciendo su biodisponibilidad. La adición de surfactantes es utilizada como una solución a este problema, debido a que su carácter anfifílico reduce la tensión superficial del agua y los compuestos acuosos, favorece la formación de micelas y aumenta la movilidad de los compuestos orgánicos hidrófobos. De esta forma, ayudan a solubilizar los contaminantes, acrecentando su disponibilidad para la comunidad bacteriana y aumentando su tasa de degradación.
Fitorremediación miniaturadeimagen|290x290px|Esquema de los distintos tipos de fitorremediación La fitorremediación es la descontaminación de los suelos, la depuración de las aguas residuales o la limpieza del aire interior, usando vegetales, ya sean plantas vasculares, o algas (ficorremediación). También se incluye a los hongos (micorremediación), y por extensión a los ecosistemas que contienen estas plantas. La fitorremediación es un conjunto de tecnologías que utilizan las plantas para reducir, degradar o inmovilizar compuestos orgánicos contaminantes (naturales o sintéticos), de la tierra, del agua o del aire y que provienen de las actividades humanas. Esta técnica también puede tratar la contaminación por compuestos inorgánicos (metales pesados o radioisótopos) a través de procesos como la quimiadorción de metales pesados por medio de la celulosa presente en las plantas.
Las plantas y sus organismos rizosféricos (asociados a la zona de la raíz) se pueden usar para fitorremediación de diferentes maneras. Existen diferentes métodos de fitorremediación que se agrupan en dos conjuntos, dependiendo si se utilizan como medio de concentración (rizofiltración, fitoestabilización y fitoinmovilización) o como medio de eliminación (fitodegradación, fitoextracción y fitovolatilización).
Ventajas La fitorremediación ha ganado popularidad en los últimos 10 años. Esta se basa en parte en su costo relativamente bajo. Debido a que los procesos biológicos son en última instancia impulsados por el sol, la fitorremediación es en promedio diez veces más barata que los métodos basados en ingeniería (como la excavación del suelo). El hecho de que la fitorremediación generalmente se lleva a cabo in situ contribuye a su rentabilidad y puede reducir la exposición del sustrato contaminado a los humanos, la vida silvestre y el medio ambiente. La fitorremediación también goza de popularidad entre el público en general como una alternativa "ecológica" a las plantas químicas y las excavadoras.
Aunque la fitorremediación tiene ventajas, también limitaciones. Las plantas que median la limpieza deben estar donde está el contaminante y deben poder actuar sobre él. Por lo tanto, las propiedades del suelo, el nivel de toxicidad y el clima deberían permitir el crecimiento de las plantas. La fitorremediación también está limitada por la profundidad de la raíz, porque las plantas tienen que poder alcanzar el contaminante.
Una forma de optimizar los recursos es la utilización de la biomasa ya muerta y pulverizada para el tratamiento de aguas contaminas con metales pesados.
Métodos empleados en fitorremediación
Fitoestabilización La fitoestabilización permite inmovilizar contaminantes en el suelo a través de su absorción y acumulación en las raíces o bien, por precipitación en la zona de la rizosfera. Este proceso reduce la movilidad de los contaminantes y evita su migración a las aguas subterráneas o al aire. La fitoestabilización es efectiva en suelos de textura fina con alto contenido de materia orgánica. Se aplica principalmente en terrenos extensos en donde existe contaminación superficial. Esta tecnología tiene como ventajas, sobre otros métodos de remediación de suelos, que es de menor costo, fácil de aplicar y estéticamente agradable. Algunas plantas empleadas con fines de fitoestabilización son: Hyparrhenia hirta (Pb); Zygophyllum fabago (Zn); Lupinus albus (Cd, As); Anthyllis vulneraria (Zn, Pb, Cd); Deschampsia cespitosa (Pb, Cd, Zn); Cardaminopsis arenosa (Cd, Zn); Hordeum vulgare, Lupinus angustifolius y Secale cereale (As); Lolium multiflorum y Lolium arundinaceum (Pb, Zn); y Brassica juncea (Cd, Zn, Cu, Mn, Fe, Pb). Eichhornia crassipes es una planta invasora y utilizada en procesos de fitoestabilización con resultados viabilizados.
Fitoextracción