els microorganismes i el petroli

Autors: Judith Arbat, Iker Armendariz, Victor Badillo i Nabil Bouallala.

ELS MICROORGANISMES I EL PETROLI

Introducció

El petroli és un combustible fòssil, líquid, que es troba sota plaques sedimentaries del terra. Aquest està format per una barreja de hidrocarburs i unes traces d’altres materials. Es considera que està en els tres estats físics i es força energètic ~42MJ/Kg (1 Erij, V, N. et al, 1988).

La seva localització és dispersa per tant s’ha de transportar, i això comporta certs riscs, com abocaments i marees negres. Per solucionar-ho, els científics investigen diferents mètodes per la neteja del petroli fent servir microorganismes que el metabolitzin, com els del gènere Alcanivorax.

Formació del petroli

Imatge1: ilustració de l'origen del petroli

La formació del petroli es recolza en la hipòtesi de l’origen orgànic del petroli (4 Gray, James, H. et al). La hipòtesi consisteix en què el petroli i el gas es formen a partir de la matèria orgànica que es troba, en diversos estats, en les roques sedimentaries. Els materials que es troben són la microflora i microfauna marina barrejada amb la resta d’organismes animals i vegetals, que una vegada morts i sedimentats formen el sapropel.

Les capes superiors es sotmeten a l’acció de l’oxigen i les bactèries descomponedores, fent que un grau considerable de la matèria orgànica es descompongui formant gasos com CO2, NH3, CH4 entre d’altres. A més, produeixen líquids solubles en dissolvents polars com l’aigua. Tota la resta del material que no es pot descompondre queda sedimentat.

Imatge2: Procés de formació de petroli

Durant milions d’anys, la matèria orgànica es va submergint a molta profunditat (d’entre 1,5 i 3 km) a través de les roques sedimentàries, sotmetent-se a elevades temperatures de fins a 150 ºC. També es sotmeten a pressions d’entre 10-30 MPa i a l’acció catalítica de les roques encaixants. Durant aquesta etapa les substancies orgàniques es transformen en hidrocarburs de petroli. (veure imatge 2)Degut a la seva naturalesa fluïda, són capaços de moure’s pels estrats porosos verticalment per influència de factors gravitacionals i tectònics. En conseqüència, el petroli s’acaba acumulant en les anomenades trampes de petroli, que són estructures geotectòniques formades per una capa superior de roques impermeables, que evita la fuga del petroli i el gas.

Transport

Imatge3: Oleoducte

El cru, abans de ser utilitzat ha de ser transportat a la refineria per a la formació de productes derivats i distribuir-se. En els primers anys, el cru s’empaquetava en barrils, avui dia s’utilitzen mitjans com oleoductes, el transport terrestre i buncs-tancs per al transport marítim.
Un oleoducte és simplement un llarg canal de diàmetre màxim d’uns 70cm que s’expandeix per centenars de kilòmetres fins arribar a la refineria.(veure imatge 3)

Imatge4: Petroler

 

El transport del cru i derivats, a nivell de comerç marítim, es dona per petrolers (veure imatge 4). Antigament eren construïts amb un sol casc, però actualment la majoria presenten doble casc, el que incrementa la seva resistència front a accidents que puguin acavar amb l’abocament de la càrrega que transporten. Lamentablement, es segueixen produint accidents que comporten la contaminació del medi per hidrocarburs, i en aquest blog ens centrarem en les diferents estratègies que permeten minimitzar els danys mitjançant els microorganismes, això és el que coneixem com a bioremediació

Bioremediació

En el cas que es produeixi un vessament de petroli, és imprescindible una ràpida actuació. Hi ha diferents mètodes (físics, químics, biològics) de tractament front a aquests accidents, però ens focalitzarem en els últims, els biològics. Molts microorganismes són capaços de metabolitzar una gran varietat de contaminants que es puguin trobar a la zona afectada, degradant-los a compostos menys tòxics. Poden ser agents natius o exògens, i s’addiciona una gran quantitat de fertilitzants per permetre un creixement massiu dels bacteris, és el que es coneix com a bioestimulació. Si el vessament es dona en alta mar, hi ha menys risc per la fauna i l’ecosistema, i s’intenta recuperar-ne part o cremar els residus.

Bioremediació i cometabolisme

El tractament dels contaminants és in situ, es dona en el mateix espai en el que es troben per bioestimulació (aportació de nutrients i bombeig d’aire). L’ex situ és la bioremediació en bioreactors o plantes de tractament, que permeten un major control de les condicions i per tant la optimització del procés però amb major cost econòmic (2 Ferrera R. et al i 7 Vallejo V.et al).



Imatge 5: Microorganismes degradant petroli

La bioremediació in situ es fa quan el volum a tractar és massa gran o si el contaminant es troba en baixes concentracions i de manera difusa, com el cas del petroli. Això presenta un cost econòmic baix, un menor impacte ambiental, més possibilitats de restaurar el medi en la seva totalitat i amb un temps més curt en comparació a mètodes físics. També s’ha de tenir en compte que pot provocar efectes no desitjats com un creixement microbià excessiu i canvis permanents en la població microbiana del medi. Això es pot evitar amb un estudi previ del cas i un tractament concret en funció. La bioestimulació de les bactèries presents al medi no és sempre la millor opció, ni es pot dir que ho sigui l'addició d'altres d'eficiència suposadament millor.  No hi ha un mètode o microorganisme millor, es requereix un estudi localitzat per al disseny d’un pla d’actuació que permeti contrarestar la propagació dels contaminants. (5 Rodríguez, J.L., et al i 7 Vallejo V et al.).

El fenomen pel qual una població de microorganismes mineralitzi compostos del medi amb reaccions metabòliques complementaries es coneix com a cometabolisme. Aquests compostos, com el petroli, no seran utilitzats per a l’obtenció de carboni però són oxidats com a cosubstrats. Amb el cometabolisme obtenim compostos menys perillosos però que també es poden acumular. El medi a tractar ha de presentar uns microorganismes adequats i en una elevada concentració; per això són necessaris mètodes de bioestimulació i bioaugmentació (3 García, M. et al).

Hi ha microorganismes degradadors de petroli de diferents gèneres: Vibrio, Pseudomona, Alkinovorax/Alcanivorax, Marinobacter, Thallasolituus, Cycloclasticus, Oleispira. Avui en dia, l’esperança ecologista està posada sobre els bacteris Alkinovorax borkumensis. Aquests tenen una fisiologia que inclou un metabolisme que els permet destruir un gran rang d’hidrocarburs alcans, fent-los servir com a font de carboni i energia (veure imatge 6). Mitjançant la seqüenciació del seu genoma, es coneix la presència d’un excés de gens relacionats amb la degradació del fuel. Aquests microorganismes continuen en procés d’intens estudi, i es presenten com una de les millors solucions de futur en aquests casos.



Imatge 6: Esquema del procés que porta a terme Alcanivorax Borkumensis

 

Casos

En els darrers 11 anys han succeït dos grans accidents relacionats amb la contaminació per fuga de petroli i la bioremediació. L’any 2002 el petroler Prestige es va enfonsar a les costes gallegues transportant 77.000 tones de cru (veure el vídeo del prestige). Posteriorment a l’extracció d’una gran part del cru amb mètodes físics, es va dissenyar un pla de biodegradació consistents en l’estimulació de les pròpies bactèries del medi per l’addició de sals de nitrogen, fòsfor, potassi i ferro. En conseqüència, es va aconseguir multiplicar per 10.000 la seva capacitat de proliferació i, a més, com a producte residual s’obté CO2 i aigua, productes que no causen cap impacte negatiu al medi. 

Imatge 7: Actuació front al desastre del Prestige



L’altre cas és l’accident ocorregut al Golf de Mèxic, que representa el vessament de petroli més important de la història. La plataforma petrolífera Deepwater Horizon es va enfonsar el 22 d’abril de 2010 al golf de Mèxic, 36 hores després de l’explosió que va produïr el vessament. Es van aplicar dispersants químics que no van ser capaços d’eliminar tot el petroli, però s’aconseguí una major dispersió del contaminant amb la formació de gotes més petites. Això va facilitar l’actuació dels microorganismes del medi. El problema de l’utilització d’aquesta tècnica resideix en què els agents químics poden arribar a ser tòxics per a la pròpia comunitat del medi. Aquest és un bon exemple de remediació in situ d’un ecosistema sense l’actuació de microorganismes.

Per últim cal destacar la importància del desastre de l’Exxon Valdez en aquest camp. Exxon Valdez és un petrolier que l’any 1989 va provocar un vessament de 30.000 tones de cru a Alaska. Aquest cas va ser l’últim impuls per a acceptar aquesta tècnica com a un bon mètode enfront a desastres naturals. Al principi es van utilitzar mètodes físics per a la recollida del petroli i també es va plantejar utilitzar dispersants químics com en el cas del Golf de Mèxic, però finalment és va fer un estudi de l’ecosistema per a posar en marxa un pla de bioremediació. Es van estimular les poblacions de microorganismes amb fertilitzants i aquestes van actuar metabolitzant el petroli. (6 Rodríguez, J, L.)

En resum, podem concloure que els microorganismes són actualment una òptima opció d’actuació front als contaminants de petroli i dels seus derivats. No es pot posar en dubte que la bioremediació és la gran esperança en el camp de la biotecnologia aplicada a desastres ambientals d’aquest tipus.

Bibliografia

-Llibres:

1 Erij, V, N., Rásina, M,G., Rudin, M, G. Química y tecnología del petróleo y del gas. Moscú: Mir, 1988

2 Ferrera, R., Rojas,N, G., Poggi, H, M. Procesos de biorremediación en suelo y agua.Microbiologia. Vol 48 Nº2, 2006.

3 García, M., Peralta, M, R., Cometabolismo en la degradación de hidrocarburos. Revista Mexicana de Ingeniería Química, Vol 7, 2008.

4 Gray, James, H. i Glenn, Handwerk, E, . Refino de petróleo: tecnología y economía. Barcelona: Reverté, 1980

5 Rodríguez J, L., Sanchez, J. Aspectos tecnológicos y aplicación al vertido del Prestige. Universidad de Ovideo,

6 Rodríguez J, L. La biorremediación frente al vertido del Exxon Valdez. Universidad de Oviedo.

.

7 Vallejo V, Salgado L., Roldan F. Evaluación de la bioestimulación en la biodegradación de TPHs en suelos contaminados con petróleo. Colomb. Vol VII Nº.2, 2005.

-Videos:

"prestige" Publicació en línia. YouTube. Youtube, LLC.,  20 d’agost 2007. Web. 1 març 2013.