Claves para Biorremediar

Es amigable con el medio ambiente, ya que utiliza procesos naturales para descontaminar, no genera residuos significativos en cuanto a cantidad ni toxicidad y causa perturbaciones mínimas en el sitio de operación; además, su aplicación suele ser sencilla y más económica que las restantes técnicas de remediación ambiental. Esas son algunas de las ventajas que la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de los Estados Unidos destaca de la biorremediación.

La misma institución, en una guía informativa para la ciudadanía, define este concepto de manera bien simple y funcional como el "uso de microorganismos para limpiar el agua subterránea y los suelos contaminados".

A pesar de ser una tecnología que se utiliza hace varias décadas en distintas partes del mundo, en Chile existe poca experiencia al respecto, aunque en el último tiempo ha adquirido mayor notoriedad por su aplicación en lugares emblemáticos como Quintero-Puchuncaví y el terreno de Las Salinas en Viña del Mar.

En ese contexto, a continuación, revisamos cómo opera, cuáles son sus beneficios y limitaciones, y qué factores conviene considerar para lograr procesos eficientes y efectivos.

Microorganismos y plantas

¿Qué tipos de organismos se suelen emplear para biorremediar sitios contaminados y cuáles son sus principales características?

"Se utilizan unas bacterias capaces de metabolizar algunos o la mayoría de los contaminantes presentes en el suelo y/o en el agua. Se puede decir que hay bacterias con diferentes especialidades, con lo cual hay que seleccionar las que están optimizadas genéticamente para la metabolización de unos u otros contaminantes. Por ejemplo, hay algunas que son para todo lo que entra en la familia de los hidrocarburos, hay otras capaces de absorber algunos tipos de metales en ciertas concentraciones, etc.", responde Gabriel Chifflier, Director de Residuos Peligrosos de Veolia Latinoamérica, compañía que desarrolla proyectos de este tipo.

Desde ERM Andean, otra empresa especialista en el saneamiento de sitios contaminados, agregan que, si bien la mayoría de los microorganismos que se usan en los procesos de biorremediación corresponden a bacterias, también se recurre a hongos y algas.

Alfrido Wagner, socio de la firma, explica que en todos los casos su característica principal "es que rompen a las moléculas de contaminantes utilizándolas como una fuente de energía o co-metabolizándolas. Más específicamente, la biorremediación involucra la producción de energía en una reacción del tipo redox dentro de las células de los microorganismos. Estas reacciones contribuyen a la respiración y otras funciones biológicas necesarias para el mantenimiento de las células y su reproducción. Para que los microorganismos se desarrollen requieren de una fuente de energía (dador de electrones, a menudo es la misma fuente de carbono de los contaminantes), aceptores de electrones y nutrientes. En los procesos de biorremediación los microorganismos pueden utilizar diferentes tipos de aceptores de electrones dependiendo del medio, tales como oxígeno, nitrato, manganeso, hierro III, sulfatos. Los potenciales redox (medidos en campo) son un indicador de la relativa predominancia de la clase de aceptor de electrones".

El especialista añade que en la mayoría de los casos se trata de cultivar y utilizar organismos autóctonos del sitio, ya que están adaptados a las condiciones del medio y suelen estar ya presentes en el contaminante, mientras que los exógenos pueden implicar riesgos para el ecosistema circundante.

Wagner también indica que, habitualmente, se hace referencia a organismos aeróbicos que utilizan oxígeno como aceptor (algunos ejemplos son Bacillus, Pseudomonas, Sphingomonas, Flavobacterium, Nocardia, Rhodococcus, y Mycobacterium) y anaeróbicos, que usan otros aceptores como nitratos y hierro (Pseudomonas, Aeromonas y bacterias sulfato reductoras, entre otros).

El Dr. Roberto Orellana, académico de la Facultad de Ciencias Naturales y Exactas de la Universidad de Playa Ancha (UPLA), amplía un poco más el espectro señalado, indicando que la biorremediación también se puede realizar a través de la fitorremediación que implica el uso de uso de plantas para eliminar o neutralizar contaminantes ubicados en la zona superficial del suelo o en aguas contaminadas. "Existen diversas aproximaciones para ello, incluyendo fitoestabilización, fitoextracción, fitoestimulación, fitotransformación y fitovolatilización, entre otras. Su principal objetivo es integrar la acción propia de las raíces de las especies utilizadas con su capacidad de acumular, transformar y/o transportar los contaminantes disminuyendo así el riesgo de éstos. Adicionalmente, estos enfoques buscan que el impacto que poseen los exudados de las raíces y la materia orgánica sean capaces de sustentar una rizosfera con comunidades microbianas capaces de contribuir en estas funciones", expone.

Contaminantes y eficacia

El también director del Laboratorio de Biología Celular y Ecofisiología Microbiana de la UPLA indica que algunos contaminantes que se pueden tratar con la biorremediación "son los combustibles fósiles, como la gasolina, que contienen benceno, tolueno, etilbencenos y xilenos (BTEX), sin embargo, hay procesos que también son aplicados para compuestos de mayor peso molecular, como naftaleno, fenantreno, entre muchos otros. Adicionalmente, la contaminación de una serie de metales como el cromo y el mercurio es frecuentemente tratada a través de procesos de biorremediacion ya que, al ser utilizados comúnmente en procesos industriales, muchos son vertidos inadvertidamente o accidentalmente a sistemas acuáticos o suelos".

El Dr. Orellana agrega que, en el caso de compuestos orgánicos, "la biorremediación normalmente busca que los contaminantes sean tratados a través de procesos de biodegradación, en donde los microorganismos utilizan sus moléculas como dadores de electrones o nutrientes, y que los subproductos de dichos procesos sean inocuos. Este proceso es un reto más difícil con aquellos compuestos orgánicos conocidos como 'xenobióticos', tales como compuestos farmacéuticos y clorados, sin embargo, estas últimas décadas hay grandes avances en la biodegradación de dichos compuestos".

Cuando se trata de contaminantes inorgánicos, en tanto, la biorremediación se restringe a modificar su disponibilidad en el ambiente, "transformándolos en compuestos menos móviles o menos biodisponibles, lo que acota su riesgo", señala el investigador.

Por su parte, Alfrido Wagner señala que mediante "la biorremediación se pueden tratar contaminantes como hidrocarburos de petróleo (alifáticos y aromáticos), fenoles, solventes de hidrocarburos clorados (tetracloroetilieno, tricloroetileno, dicloroetileno, etc.), clorobencenos, TNT y pesticidas, entre otros".

El Director de Investigación, Evaluación de Riesgos y Remediación de Sitios Contaminados en ERM Andean acota que esta técnica se aplica a través de diferentes procesos. Para limpiar suelos, por ejemplo, se utilizan biopilas, landfarming y biorreactores; mientras que para tratar aguas subterráneas se recurre a la atenuación natural monitoreada, barreras reactivas permeables, bioventing, biosparging, bioslurping y fitorremediación.

Una de las formas en que se puede aplicar esta técnica para descontaminar los suelos es a través de biopilas.

Comenta también que la compañía ha aplicado esta tecnología con éxito en Sudamérica. Ejemplos son la remediación de suelos contaminados con fenol en el puerto de San Antonio, en nuestro país, utilizando una combinación de un biorreactor con biopilas; la descontaminación de suelos con hidrocarburos, mediante biopilas, en las provincias argentinas de Neuquén y Catamarca; y la remoción de compuestos de hidrocarburos clorados en aguas subterráneas en Brasil.

Luego sostiene que los resultados de este tratamiento dependerán de las condiciones de cada sitio en particular y de la forma en que se aplique, pudiendo alcanzar entre un 95% y 100% de eficiencia. "La tecnología de biorremediación se puede aplicar de muchas formas, dependiendo del tipo de contaminante, medio afectado, la ubicación del sitio (en ambientes fríos o cálidos, debajo de una planta u edificio, etc.). Estos factores pueden condicionar la eficiencia de su aplicación, por lo que un adecuado diseño de ingeniería del sistema de biorremediación es fundamental para garantizar su eficiencia", dice.

En relación al nivel de eficacia de esta tecnología, Gabriel Chifflier advierte: "Las bacterias son capaces de metabolizar o, si se prefiere coloquialmente, de romper las cadenas de átomos de ciertos contaminantes, pero eso es en el caso que sean cortas. Cuanto más largas sean estas cadenas, es más difícil, tanto que tardan mucho más tiempo en caso de conseguirlo. Asimismo, si las concentraciones son muy altas, no son capaces de absorber toda la contaminación y por tanto bajar las concentraciones a niveles aceptables y/o regulatorios".

A su vez, Roberto Orellana plantea que no existe tecnología que de por sí sea inefectiva, sino más bien, tecnologías que pueden potencialmente ser aplicadas en ambientes o condiciones que no son óptimas. "El saneamiento ambiental basado en la biorremediación, como cualquier otra biotecnología aplicada a cielo abierto, depende de los pilares de la sostenibilidad y la resiliencia. Mientras que la sostenibilidad considera el impacto de la herramienta biotecnológica aplicada en el medio ambiente, la resiliencia toma en cuenta el impacto del medio ambiente en el funcionamiento de la herramienta. Para ser verdaderamente sostenible, un remedio debe mantener su funcionalidad durante toda su vida útil siendo resistente a condiciones ambientales cambiantes. Esta interconexión entre sostenibilidad y resiliencia, especialmente en lo que se refiere al saneamiento de pasivos ambientales, reafirma la importancia de un enfoque integrado y de profesionales y técnicos que entiendan la complejidad de diseñar tratamientos de biorremediación efectivos para el set de condiciones ambientales que se puedan enfrentar", sostiene.

Ventajas y desventajas

¿Qué ventajas y desventajas presenta la biorremediación frente a otras alternativas usadas comúnmente para limpiar sitios contaminados?

El académico de la UPLA responde: "Los métodos tradicionales de rehabilitación de pasivos ambientales incluyen la excavación y vertido (conocido como 'dig and dump'), traslado de los contaminantes, el lavado del suelo, la adición de oxidantes (peróxido de hidrógeno o calcio o permanganato de potasio) e incluso tratamientos más agresivos como incineración. Todos estos tratamientos se enfocan principalmente en los contaminantes y, por ende, la mayor de parte posee un mayor impacto ambiental que la biorremediación que se enfoca, principalmente, en el funcionamiento ecosistémico y cómo éste impacta a los contaminantes. La biorremediación contribuye a este set de herramientas tradicionales, sus propias características ya sea en términos de impacto ambiental, como en eficiencia. En este caso, creo que la característica más distintiva de la biorremediación en contraste con las otras aproximaciones corresponde a que esta técnica es coadyuvante a la capacidad propia del ecosistema de regularse. Sin embargo, no hay balas de plata, o soluciones únicas, sino más bien tecnologías que deben ser bien estudiadas, evaluadas y validadas considerando la complejidad de cada ecosistema".

Gabriel Chifflier, en tanto, plantea que, al ser un tratamiento con poco valor agregado, desde el punto de vista tecnológico y técnico, su principal ventaja es el menor costo frente a otras alternativas de remediación. En cuanto a sus desventajas, el especialista de Veolia sostiene: "Es un método muy lento de tratamiento (los proyectos fácilmente duran entre 12 y 36 meses); dependiente que la naturaleza haga una parte importante del trabajo, esperando la evaporación de una parte de la contaminación en hidrocarburos que pueda haber. Esto ilustra claramente el potencial y las limitaciones de la biorremediación en la gestión de la contaminación".

La principal ventaja de la biorremediación es su menor costo frente a otras alternativas, sostiene Gabriel Chifflier.

Por su parte, Alfrido Wagner pone énfasis en los beneficios ambientales de esta técnica de saneamiento, destacando que permite completar la remediación de contaminantes peligrosos presentes en el ambiente, en lugar de transferirlos de un sitio o medio a otro, y que la mayoría de las veces se puede aplicar in situ. "En el caso del suelo se evita su disposición fuera del sitio y se puede reutilizar, y en el caso del agua subterránea se evitaría el bombeo y tratamiento de ésta. En ambos casos se reducen los costos, vale decir, es una tecnología costo-efectiva con mínimos requerimientos de herramientas y equipos más complejos. Y es una alternativa más sustentable, que minimiza el consumo de energía y la generación de gases efecto invernadero que, por ejemplo, se generan durante la excavación y transporte de suelo. Otra ventaja es que ambientalmente es amigable, ya que utiliza los microorganismos autóctonos del sitio en lugar de productos químicos. Y finalmente, al ser una tecnología confiable, de relativamente fácil aplicación y sustentable, generalmente es aceptada por el público y las autoridades", detalla.

Luego menciona algunas desventajas: su aplicación se limita a contaminantes y residuos biodegradables (tiene poca aplicabilidad a metales pesados, por ejemplo), requiere más tiempo de monitoreo, y, al ser un proceso biológico, requiere un mayor control de las condiciones ambientales (nutrientes, temperatura, pH, etc.) para el crecimiento de los microorganismos.

También repara en que, en comparación con otras opciones de remediación, "los tiempos de tratamiento son mayores, y existe la posibilidad de que se generen productos de degradación acumulativos y potencialmente tóxicos, sin embargo, la mayoría de los procesos y reacciones involucradas son conocidos y estos productos se podrían transformar en las condiciones adecuadas. Debido a este riesgo potencial, se deberían realizar ensayos de tratabilidad en laboratorio, donde se evalúan los productos de degradación, y se realizan los cálculos estequiométricos para aplicación de nutrientes y oxígeno para no excederse", acota.

Implementación efectiva

Sobre el escenario descrito, cabe preguntarse ¿qué factores se debieran considerar para implementar un proyecto de biorremediación de manera adecuada y efectiva?

Gabriel Chifflier contesta: "En primer lugar, aceptar que cuanto mayor sea la concentración de los contaminantes (y que éstos sean tratables por las bacterias), mayor va a ser el tiempo necesario para remediar y que no se podrá llegar a niveles mucho más bajos. Agrega que otro aspecto muy relevante a tener en cuenta es el tipo de suelo: "Si es arenoso (sílice) será más fácil remediarlo, opuesto a si es un suelo arcilloso por lo compacto de este último en comparación con el primero. Este punto es un factor clave no solo para tratamientos de este tipo, sino también para otros como el lavado de tierras (sobre todo para metales, no para materia orgánica) y/o la desorción térmica".

El especialista de Veolia indica que también conviene atender las condiciones meteorológicas de la zona (temperatura, humedad, etc.), ya que afectarán el rendimiento del proceso de biorremediación a ejecutar.

Finalmente, Chifflier comenta que hay algunas técnicas modernizadas de este tratamiento que favorecen o aceleran la degradación de los contaminantes, como la oxidación con aditivos químicos y el uso de métodos más mecánicos como el bioventeo (inyección de aire/oxígeno para favorecer la actividad bacteriana).

Por su parte, Alfrido Wagner pone énfasis en que para que el uso de esta alternativa de descontaminación sea efectivo, se requiere realizar un adecuado estudio del sitio para evaluar si están dadas las condiciones para aplicar el proceso seleccionado. Esto implica analizar "las características geológicas (por ejemplo, tipo de suelo, mineralogía, permeabilidad, etc.), químicas (pH, potencial redox, presencia de inhibidores de crecimiento, nutrientes, entre otros) y microbiológicas (conteo de bacterias, especiación de microorganismos, etc.) del medio donde se va aplicar la biorremediación. Asimismo, la concentración de los contaminantes podría ser una limitante, en caso de que éstas sean tan altas que resulten tóxicas para el desarrollo de los microorganismos".

Advierte que, en todos los casos, es recomendable realizar ensayos de tratabilidad en un laboratorio especializado, para evaluar la eficiencia de la tecnología previo a su implementación, en cada caso en particular. "Los resultados de dichos ensayos se deben evaluar criteriosamente antes de escalarlos a un nivel de ensayo piloto en campo o full scale", acota.

Para que la biorremediación sea efectiva se requiere estudiar bien el sitio donde se va a aplicar, subraya Alfrido Wagner.

El especialista de ERM explica que las limitaciones de la tecnología están dadas por las condiciones del sitio en que se quiera aplicar. "Por lo general, si ya se seleccionó la alternativa de biorremediación, al utilizarse microorganismos autóctonos se van a poder desarrollar si se estimula su crecimiento a través de la adición de nutrientes, mantener un adecuado nivel de humedad (en caso de biorremediación de suelos), temperatura, un medio aeróbico o anaeróbico, etc. Si la tecnología se quiere aplicar, por ejemplo, en la región norte donde el nivel de humedad en suelo es muy bajo se requerirá regar. En el caso de remediar suelos en regiones más frías, como la Patagonia, se pueden utilizar cubiertas para maximizar la conservación de temperatura y minimizar el impacto de heladas o nieve, por ejemplo, sobre biopilas", expone.

Trabas regulatorias

En relación a la escasa aplicación de la biorremediación en nuestro país, Alfrido Wagner comenta que "una de las principales dificultades para la gestión de suelos contaminados en Chile es la falta de una norma de suelos. Actualmente, está en desarrollo una ley marco de suelos, que ayudará entre otras cosas a tener herramientas para el uso sustentable de suelos y un catastro de suelos contaminados".

Esta traba también es advertida por Gabriel Chifflier: "Lo primero y por encima de todo, independiente que sea para remediar a través de un tratamiento biológico u otro, es la necesidad de un buen sustento reglamentario así como la correcta aplicación de esta reglamentación. Los propietarios de 'pasivos ambientales no resueltos' (término utilizado en Colombia para una nueva norma sobre pasivos ambientales que se empezó a ejecutar desde septiembre de 2023), deben estar obligados a gestionar sus emplazamientos contaminados y a hacerlo correctamente, desde un punto de vista medioambiental".

Añade que para que ello ocurra, la regulación debe exigir a esos propietarios que todo sitio contaminado sea inscrito como tal. Y las empresas con actividades industriales potencialmente contaminantes dueñas de sitios en que no exista certeza de su condición, deben tener la obligación de demostrar que no está contaminado para realizar cualquier solicitud de licencia de construcción, compra-venta del terreno u otra acción similar. "No tengo constancia que una reglamentación de este tipo exista en Chile en estos momentos", apunta el representante de Veolia.

Y luego concluye: "Con una buena reglamentación y una intensa aplicación de la misma a través de la inspección, la buena gestión viene casi por sí sola".

Roberto Orellana también hace mención a la carencia normativa: "Diversos factores determinan la baja utilización de herramientas biotecnológicas en procesos de descontaminación y saneamiento de pasivos ambientales. Entre otros, Chile es uno de los pocos países de la OCDE que no cuenta con una normativa de protección de suelos, que controle las concentraciones máximas permitidas de contaminantes. Aún menos se cuenta con reglamentos, protocolos o manuales como herramientas disponibles. De la misma manera, muchas empresas privadas y públicas no valoran el tremendo ejemplo que significa para nuestra sociedad la transición a modelos de producción sustentables, capaces de manejar de manera adecuada los residuos que produce o produjo en el pasado".

Roberto Orellana resalta que la biorremediación contribuye a la capacidad propia del ecosistema de regularse.

Advierte, además, que la inacción en estas materias nos hace perder valiosas oportunidades. "En lo inmediato, esto es una tremenda desventaja para enfrentar el presente y futuro de muchas empresas que en un corto tiempo deberán incorporar estos factores a indicadores de desarrollo sostenible que les permitan ingresar a mercados con nuevos estándares ambientales. A largo plazo, como país perdemos una tremenda oportunidad para preparar una masa crítica de técnicos y profesionales capaces de aplicar biotecnología en problemas complejos de gran escala. Esto requiere de equipos multidisciplinarios capaces de comprender la complejidad de diversos ambientes contaminados y cómo estas herramientas pueden tener un impacto favorable en procesos de saneamiento. Este desarrollo ha sido implementado hace muchas décadas por Estados Unidos y Europa y más recientemente por China e India. Mientras este desarrollo ha significado que el crecimiento del mercado mundial de la biorremediación haya alcanzado los cientos de miles de millones de dólares en los últimos años, en Chile aún esa cifra es exigua", finaliza.

DATOS:

16
Hectáreas tiene el terreno de Las Salinas, en Viña del Mar, que está en su última fase de saneamiento, a través de biorremediación con bacterias nativas para eliminar hidrocarburos y reintegrar esos suelos para nuevos usos urbanos. El trabajo se dividirá en dos etapas, cada una con una duración de 2 años y medio.

10
Mil m² distribuidos en distintas zonas contaminadas de Quintero-Puchuncaví (La Greda, El Rungue, Horcón y Ventanas, entre otras), pretende biorremediar un equipo multidisciplinario de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Playa Ancha en conjunto con la comunidad. La técnica aplicada es fitorremediación con plantas nativas (Sarcocornia neei y Carpobrotus aequilaterus) que absorben metales pesados.

Artículo publicado en InduAmbiente nº 189 (julio-agosto 2024), páginas 54 a 59.