PRODUCCIÓN
DE BIOMASA MICROBIANA.
La biomasa microbiana (BM) define el componente funcional de la
microbiota del suelo, responsable principalmente de la descomposición
de la materia orgánica y el reciclaje de nutrientes. Además, se ha considerado
que puede ser usado como un indicador ecológicosensible a los cambios
ambientales.
La biomasa de microorganismos es una excelente fuente de nutrientes
(proteínas, grasa, vitaminas, minerales y
otros factores). Por lo tanto, siempre ha existido un interés de incorporarla
al sistema alimentario humano tanto en forma directa como indirecta (a través
de animales). Entre ellas, es la proveniente de levaduras la que posiblemente
se ha estudiado con mayor profundidad.
Se conoce bastante respecto al crecimiento de levaduras en medios
ricos en azúcares (como melazas de caña), en donde
los niveles de oxígeno disuelto y de azúcares en el medio regulan el
metabolismo celular de manera que se produzca exclusivamente masa celular y
dióxido de carbono o, por al contrario, se minimice la producción de biomasa y
se favorezca la producción de metabolitos, como por ejemplo el etanol. Cuba es
el país que produce más biomasa de levadura a partir de melazas en el mundo;
las dedica exclusivamente a la alimentación de animales monogástricos.
Se han recomendado, cono las mejores estrategias para procesos que
emplean el cultivo sólido de
microorganismos, las dos alternativas
siguientes:
a. Sistemas mixtos para la
producción simultánea de alimento humano y para
animales, y
b. Sistemas dirigidos para la
producción simultánea de metabolitos.
La idea básica de transformar residuos
agroindustriales en productos enriquecidos para la alimentación animal a través
de una bioconversión controlada mediante el empleo de la técnica del cultivo al
estado sólido, puede resumirse en la forma siguiente:
Para animales monogástricos:
a) enriquecimiento
proteico de substratos amiláceos;
b) reducción do los
componentes fibrosos de residuos lignocelulósicos;
c) detoxificación de
substratos muy específicos.
Para animales rumiantes:
a) aumento en la digestibidad de componentes fibrosos;
b) detoxificación
de substratos muy específicos.
Puede entonces observarse que cada aplicación
debe evaluarse muy concretamente, de acuerdo con el animal usuario del
producto, el tipo de subproducto y algunas características que lo hacen
especial, por ejemplo la presencia de componentes tóxicos y antifisiológicos
que licitan su incorporación en las raciones balanceadas.
Uno de los sistema mixtos que se han propuesto para substratos
lignocelulósicos, es el de emplear basidiomicetos
fructificantes en matrices lignocelulósicas con requerimientos de
pretratamientosfísico-químicos mínimos. Los cuerpos fructificantes, para ser
empleados como un excelente alimento para humanos, nutritivo y delicioso. La
matriz sólida residual, para ser empleada en la alimentación de
rumiantes.
Aparte de su empleo como fuente de nutrientes, la biomasa microbiana
tiene también otras aplicaciones de mucho interés e
importancia para Centroamérica. Específicamente deben tenerse en cuenta las
interacciones entre planta y microorganismos, interacciones que pueden ser
altamente beneficiosas, tales como las bacterias rizogénicas fijadoras de
nitrógeno y las raicorrizas, y/o dañinas para la planta, es decir los
microorganismos fitopatógenos.
Microorganismos involucrados.
La biomasa microbiana edáfica puede
definirse como la parte viva de la materia orgánica del suelo, excluyendo las
raíces de las plantas y los animales de tamaño superior al de las amebas mayores
(aproximadamente 5x103 µm3), y parala C-BMse expresa,
generalmente, en mg C kg-1 o/µg C g-1 de suelo seco. Usualmente se han indicado
valores para el C de la biomasa microbiana entre 1 y 4% del carbono
orgánico y para el N de biomasa entre 2 y 6% del nitrógeno orgánico. A
pesar de la pequeña parte que representa de la materia orgánica del suelo, la
biomasa microbiana participa de forma muy activa en la descomposición de la
materia orgánica muerta que ingresa al suelo en forma de hojarasca o restos
de animales o plantas, y por otro lado, es una fuente denutrientes (N, P y S) para las plantas
con una alta tasa de recambio (flujo de elementos). Por lo cual, ha sido
relacionada con los procesos de mineralización de la materia orgánica.
Además, juega un papel fundamental en la formación de la estructura del suelo,
así como en su estabilización y se puede usar como un indicador ecológico
sensible a los cambios ambientales.
Los
cambios en la materia orgánica del suelo son muy lentos y se
requiere de muchos años para medir los cambios resultantes de la perturbación;
sin embargo, existen evidencias de que las propiedades biológicas pueden ser
indicadores potencialmente sensibles al estrés ecológico o a la restauración
de los ecosistemas. Actualmente se ha reconocido el papel que juegan los microorganismos
en la retención y liberación de nutrientes en el suelo, en la energía del
sistema y en el mejoramiento de su fertilidad. Experimentos de campo han
demostrado que las enmiendas orgánicas no solo actúan para mejorar la estructura
del suelo y como fuente de nutrientes, sino que también tienen fuerte
influencia sobre la microflora del suelo. En general, modifican la composición de la comunidad
microbiana, y como resultado mejoran la competencia y/o
el antagonismo entre los microorganismos, conllevando a un decrecimiento en la
actividad de los patógenos.
La
medida en la cual la adición de materia orgánica al suelo
contribuye a mejorar su calidad, depende no solamente de la calidad de esta
materia orgánica adicionada, sino principalmente de la actividad microbiana y
las condiciones ambientales, muy particularmente de la temperatura y la
humedad. En la misma forma, la textura del suelo puede afectar la capacidad
del mismo para estabilizar la materia orgánica. Típicamente, las adiciones
orgánicas se descomponen más rápidamente en suelos arenosos que en suelos
arcillosos. En suelos de textura gruesa propios de ambientes áridos y semiáridos,
la pérdida de la fertilidad del suelo es particularmente alta, debido a los
bajos niveles de materia orgánica, poca capacidad de retención de humedad y
excesiva pérdida de nutrientes por efecto de la percolación.
El
principal objetivo de este estudio fue determinar la influencia de la aplicación
de tres residuos orgánicos (lodo residual, estiércol de chivo y residuo de
sábila) sobre el Cy N de la biomasa microbiana en un suelo de la península de
Paraguaná, en la región semiárida del estado Falcón, mediante un experimento de
incubación en condiciones controladas de laboratorio.
Procesos
para producir biomasa microbiana a partir de fuentes.
Métodos termoquímicos. Estos métodos se basan en la
utilización del calor como fuente de transformación de la biomasa. Están bien
adaptados al caso de la biomasa seca, y,
en particular, a los de la paja y de la madera.
- La combustión, oxidación de la biomasa por el
oxígeno del aire, libera simplemente agua y gas carbónico, y puede servir
para la calefacción doméstica y para la producción de calor industrial.
- La pirólisis, combustión incompleta de la
biomasa en ausencia de oxígeno, a unos 500 grados centígrados, se utiliza
desde hace mucho tiempo para producir carbón vegetal. Aparte de este, la
pirólisis lleva a la liberación de un gas pobre, mezcla de monóxido y
dióxido de carbono, de hidrógeno y de hidrocarburos ligeros. Este gas, de
débil poder calórico, puede servir para accionar motores diesel, o para
producir electricidad, o para mover vehículos. Una variante de la
pirólisis, llamada pirólisis flash, llevada a 1000 grados centígrados en
menos de un segundo, tiene la ventaja de asegurar una gasificación casi
total de la biomasa. De todas formas, la gasificación total puede
obtenerse mediante una oxidación parcial de los productos no gaseosos de
la pirólisis. Las instalaciones en la que se realizan la pirólisis y la
gasificación de la biomasa reciben el nombre de gasógenos. El gas pobre
producido puede utilizarse directamente como se indica antes, o bien servir
la base para la síntesis de un alcohol muy importante, el metanol, que
podría sustituir las gasolinas para la alimentación de los motores de
explosión (carburol).
Métodos biológicos.
- La fermentación alcohólica es una técnica
empleada desde muy antiguo con los azúcares, que puede utilizase también
con la celulosa y el almidón, a condición de realizar una hidrólisis
previa (en medio ácido) de estas dos sustancias. Pero la destilación, que
permite obtener alcohol etílico prácticamente anhidro, es una operación
muy costosa en energía. En estas condiciones la transformación de la
biomasa en etanol y después la utilización de este alcohol en motores de
explosión, tienen un balance energético global dudoso. A pesar de esta
reserva, ciertos países (Brasil, E.U.A.) tienen importantes proyectos de
producción de etanol a partir de biomasa con un objetivo energético
(propulsión de vehículos; cuando el alcohol es puro o mezclado con
gasolina, el carburante recibe el nombre de gasohol).
- La fermentación metánica es la digestión
anaerobia de la biomasa por bacteria. Es idónea para la transformación de
la biomasa húmeda (mas del 75% de humedad relativa).En los fermentadores,
o digestiones, la celulosa es esencialmente la sustancia que se degrada en
un gas, que contiene alrededor de 60% de metano y 40% de gas carbónico. El
problema principal consiste en la necesidad de calentar el equipo, para
mantenerlo en la temperatura optima de 30-35 grados centígrados. No
obstante, el empleo de digestores es un camino prometedor hacia la
autonomía energética de las explotaciones agrícolas, por recuperación de
las deyecciones y camas del ganado. Además, es una técnica de gran interés
para los países en vías de desarrollo. Así, millones de digestores ya son
utilizados por familias campesinas chinas.
Aplicaciones de la Biomasa.
Biocombustibles.
La producción de
biocombustibles tales como el etanol y el biodiesel tiene el potencial de
sustituir cantidades significativas de combustibles fósiles en varias
aplicaciones de transporte. El uso extenso del etanol en Brasil ha demostrado
que los biocombustibles son técnicamente factibles en gran escala. La
producción de biocombustibles en los EE.UU. y Europa (etanol y biodiesel ) está
aumentando, siendo la mayoría de los productos utilizados en combustible
mezcla, por ejemplo E20 está compuesto por 20% de etanol y 80% de gasolina y se
ha descubierto que es eficaz en la mayoría de los motores de ignición sin
ninguna modificación. Actualmente la producción de biocombustibles es apoyada
con incentivos del gobierno, pero en el futuro, con el crecimiento de los
sembrados dedicados a la bioenergía, y las economías de la escala, las
reducciones de costos pueden hacer competitivos a los biocombustibles.
Producción
eléctrica.
La electricidad puede
ser generada a partir de un número de fuentes de biomasa y al ser una forma de
energía renovable se la puede clasificar como "energía verde". La
producción de electricidad a partir de fuentes renovables de biomasa no contribuye
al efecto invernadero ya que el dióxido de carbono liberado por la biomasa
cuando es quemado, (directa o indirectamente después de que se produzca un
biocombustible) es igual al dióxido de carbono absorbido por el material de la
biomasa durante su crecimiento.
Calor
y Vapor.
La combustión de la
biomasa o de biogás puede utilizarse para generar calor y vapor. El calor puede
ser el producto principal, en usos tales como calefacción de hogares y cocinar,
o puede ser un subproducto de la producción eléctrica en centrales combinadas
de calor y energía. El vapor generado por la biomasa puede utilizarse para
accionar turbinas de vapor para la producción eléctrica, utilizarse como calor
de proceso en una fábrica o planta de procesamiento, o utilizarse para mantener
un flujo de agua caliente.
Gas
Combustible.
Los biogases
producidos de la digestión o de la pirolisis anaerobia tienen un número de
aplicaciones. Pueden ser utilizados en motores de combustión interna para
accionar turbinas para la producción eléctrica, puede utilizarse para producir
calor para necesidades comerciales y domésticas, y en vehículos especialmente
modificados como un combustible.
Ventajas de la biomasa.
·
La biomasa es una fuente renovable de
energía y su uso no contribuye al calentamiento global. De hecho, produce una
reducción los niveles atmosféricos del bióxido de carbono, como actúa como
recipiente y el carbón del suelo puede aumentar.
·
Los combustibles de biomasa tienen un
contenido insignificante de azufre y por lo tanto no contribuyen a las
emisiones de dióxido de azufre que causan la lluvia ácida. La combustión de la
biomasa produce generalmente menos ceniza que la combustión del carbón, y la
ceniza producida se puede utilizar como complemento del suelo en granjas para
reciclar compuestos tales como fósforo y potasio.
·
La conversión de residuos agrícolas, de
la silvicultura, y la basura sólida municipal para la producción energética es
un uso eficaz de los residuos que a su vez reduce significativamente el
problema de la disposición de basura, particularmente en áreas municipales.
·
La biomasa es un recurso doméstico, que
no está afectado por fluctuaciones de precio a nivel mundial o a por las
incertidumbres producidas por las fuentes de combustibles importados. En países
en vías de desarrollo en particular, el uso de biocombustibles líquidos, tales
como biodiesel y etanol, reduce las presiones económicas causadas por la
importación de productos de petróleo.
·
Los cultivos para energía perennes (las
hierbas y los árboles) tienen consecuencias para el medio ambiente más bajas
que los cultivos agrícolas convencionales.
Restricciones en el uso de la biomasa.
·
En naturaleza, la biomasa tiene
relativamente baja densidad de energía y su transporte aumenta los costes y
reduce la producción energética neta. La biomasa tiene una densidad a granel
baja (grandes volúmenes son necesarios en comparación con los combustibles
fósiles), lo que hace el transporte y su administración difíciles y costosos.
La clave para superar este inconveniente está en localizar el proceso de
conversión de energía cerca de una fuente concentrada de biomasa, tal como una
serrería, un molino de azúcar o un molino de pulpa.
·
La combustión incompleta de la leña
produce partículas de materia orgánica, el monóxido de carbono y otros gases
orgánicos. Si se utiliza la combustión de alta temperatura, se producen los
óxidos del nitrógeno. En una escala doméstica más pequeña, el impacto en la
salud de la contaminación atmosférica dentro de edificios es un problema
significativo en los países en vías de desarrollo, en donde la leña se quema
ineficazmente en fuegos abiertos para cocinar y la calefacción de ambientes.
·
Existe la posibilidad que el uso
extensivo de bosques naturales cause la tala de árboles y escasez localizada de
leña, con ramificaciones ecológicas y sociales serias. Esto está ocurriendo
actualmente en Nepal, partes de la India, Sudamérica y en África sub Sahara. La
conversión de bosques en tierras agrícolas y áreas urbanas es una importante
causa de la tala de árboles. Además, en muchos países asiáticos gran parte del
combustible de la madera usado con propósitos de energía provienen de áreas
indígenas boscosas.
·
Hay un conflicto potencial por el uso de
los recursos de la tierra y del agua para la producción de energía de biomasa y
otras aplicaciones, tales como producción de alimentos y de fibras. Sin
embargo, el uso de técnicas modernas de producción agrícola representa que hay
suficiente tierra disponible para todas las aplicaciones, incluso en regiones
densamente pobladas como Europa.
·
Algunos usos de la biomasa no son
completamente competitivos en esta etapa. En la producción de electricidad por
ejemplo, hay fuerte competencia de las nuevas plantas de gas natural, altamente
eficientes. Sin embargo, la economía de la producción energética de biomasa
está mejorando, y la preocupación cada vez mayor por las emisiones de gas de
invernadero está haciendo a la energía de biomasa más atractiva.
·
La producción y el proceso de la biomasa
pueden implicar un consumo de energía significativa, tales como combustible
para los vehículos y los fertilizantes agrícolas, dando por resultado un
balance energético reducido para el uso de la biomasa. En el proceso de la
biomasa se necesitan reducir al mínimo el consumo de combustibles fósiles, y
maximizan la conversión de basura y recuperación de energía.
A menudo existen
restricciones políticas e institucionales al uso de biomasa, tales como
políticas energéticas, impuestos y subsidios que animan el uso de combustibles
fósiles. Los costos de la energía no reflejan a menudo las ventajas ambientales
de la biomasa o de otros recursos energéticos renovables.
graciaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaas
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