Diapositiva 1

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El cambio climático y algunas ideas
biotecnológicas para ayudar a su adecuada
gestión Antonio Ballester Departamento de
Ciencia de Materiales e Ingeniería
Metalúrgica Facultad de Ciencias
Químicas Universidad Complutense de Madrid 28040
Madrid, España
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Algunas cuestiones previas
Cambio climático Cambio de clima atribuido
directa o indirectamente a la actividad humana
que altera la composición de la atmósfera mundial
y que se suma a la variabilidad natural del clima
observada durante períodos de tiempo
comparables. Causas naturales y
antropogénicas Escala de tiempo muy
variable Parámetros climáticos que
afecta temperatura, precipitaciones,
humedad, etc. Efecto de invernadero Retenc
ión del calor del Sol en la atmósfera de la
Tierra por parte de una capa de gases contenidos
en la misma. Gases CO2, CH4, N2O y derivados
fluorados del C (aumento del 30 en el Siglo
XX)
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Algunas cuestiones previas
Consecuencias La forma de viva actual (modo de
producción y consumo energético) está generando
una alteración climática global Aumento de
temperatura global 0,6º C en el siglo
XX Aumento del nivel de los mares 10-12 cm en
el mismo tiempo Impacto potencial El cambio
climático no es un fenómeno sólo ambiental, sino
con consecuencias profundas de tipo social y
económico. Predicciones de falta de agua
potable Grandes cambios en las condiciones para
la producción de alimentos Aumento de los
índices de mortalidad debido a catástrofes
naturales
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Algunas cuestiones previas

• Medidas adoptadas
• Aplicación del denominado principio de
  precaución del Artículo 3 de la Convención Marco
  sobre Cambio Climático de la Naciones Unidas.
  Adoptada en 1992 y en vigor desde 1994.
• Protocolo de Kioto, adoptado en 1997 por 186
  países, que desarrolla y da contenido al anterior
  instrumento estableciendo objetivos de reducción
  de emisiones
• Unión Europea Programa Europeo de Cambio
  Climático (PEC)
• Comercio de Emisiones
• Agencia Europea de Medio Ambiente (AEMA)
• Iberoamérica VI Foro Iberoamericano de
  Ministros de Medio Ambiente
  Septiembre 2006, Buenos Aires, Argentina
• Declaración Final de Buenos Aires con
  un compromiso de adopción de medidas
  concretas para resolver los problemas
  planteados

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Situación en España
Cuarta Comunicación Nacional de España a la
Convención Marco de la Naciones Unidas sobre el
Cambio Climático Repaso amplio a la situación de
España hasta 2003 tomando como año base el
1990. Informe de 200 páginas con toda clase de
datos El informe correspondiente se puede
encontrar en http//www.mma.es/secciones/cambio_
climatico/pdf/4_comunicacion_nacional.pdf
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Situación en España
Evolución temporal de las emisiones de alguno de
los gases más importantes con efecto invernadero
entre 1990 (año base) y 2003
Contribución de cada gas al total de las
emisiones de gases con efecto invernadero en
España, en 2003
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Situación en España
Contribución al total de las emisiones de gases
con efecto invernadero de los distintos sectores
industriales
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Situación en España
Origen de la energía producida en España en 2003
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Situación en España
Emisiones de gases de los distintos
subsectores dentro del sector de Procesos
Industriales
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Situación en España
Normativas desarrolladas para adaptarse al
Protocolo de Kioto Comercio de los Derechos de
Emisión Normativas europeas ? Directiva
2003/87/CE (régimen para el comercio de
derechos de emisión de gases de efecto
invernadero en la Comunidad Europea) ?
Directiva 2004/101/CE (relaciona los
Derechos de Emisión con los mecanismos
basados en proyectos del Protocolo de
Kioto) Normativa española ? Plan Nacional de
Asignación 2005-2007 (norma que planifica
los derechos de emisión en todo el territorio
nacional y pone en marcha el Mercado de
Derechos de Emisión, cuya pieza esencial es
el reparto de tales derechos entre los
titulares de instalaciones)
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Situación en España
Emisiones de gases con efecto invernadero
hasta el año 2003 y tendencia prevista hasta el
año 2012
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La biorreducción del hierro en la naturaleza
? El hierro es uno de los metales que puede
servir como aceptor final de electrones
permitiendo el crecimiento anaeróbico de
microorganismos. ? La reducción microbiana del
Fe (III) tiene influencia no sólo en los ciclos
biogeoquímicos del metal sino también en el
destino final de la materia orgánica y de los
nutrientes de un gran número de ambientes. ? El
uso de metales como aceptores finales de
electrones se llama reducción disimilatoria de
metales. ? Hay un grupo amplio de bacterias y
arqueas que son conocidas por su capacidad para
conservar energía y crecer oxidando hidrógeno o
compuestos orgánicos con la simultánea reducción
del Fe (III).
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La biorreducción del hierro en la naturaleza
? La respiración microbiana con óxidos de Fe
(III) como aceptor final de electrones es un
proceso muy importante en ambientes anóxicos y
casi toda la reducción del hierro férrico en esta
situación es catalizada enzimáticamente por
microorganismos. Se ha pensado siempre en
procesos abióticos para explicar ésto. ? La
reducción microbiana de óxidos de Fe (III) tiene
un impacto ambiental importante ya que la calidad
del agua y la química del suelo se pueden ver
directamente afectadas. ? Estos sistemas pueden
ser utilizados en sentido contrario, de forma
positiva y económicamente rentable, a través de
la descontaminación de ambientes degradados, de
la transformación de minerales de hierro en
especies químicas solubles (biolixiviación) e,
incluso, de la generación de energía en las pilas
de energía bacterianas.
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La biorreducción del hierro en la naturaleza
Microorganismos ? Años 1980 primeros
microorganismos conocidos con capacidad para
vivir reduciendo Fe (III) en ambientes
anóxicos Shewanella oneidensis Geobacter
metallireducens ? La mayoría de los
microorganismos están en la familia
Geobacteraceae. ? Este grupo comprende los
géneros Geobacter, Desulfuromonas, Desulfuromusa
y Pelobacter. ? Estos organismos son capaces de
oxidar completamente, cuando respiran utilizando
Fe (III), un gran rango de compuestos orgánicos
que incluyen al ion acetato. Algunos miembros de
la familia también pueden utilizar compuestos
aromáticos como tolueno, fenol y benzoato como
donantes de electrones para reducir al hierro.
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La biorreducción del hierro en la naturaleza
Microorganismos ? Lo anterior contrasta con S.
oneidensis y parientes cercanos, lo cual incluye
especies como Shewanella, Ferrimonas y Aeromonas,
que generalmente sólo son capaces de utilizar
como dador de electrones un pequeño rango de
compuestos orgánicos e hidrógeno. ? Otras
bacterias descubiertas recientemente, que
respiran Fe (III), son Geothrix
fermentans Geovibrio ferrireducens y su pariente
termófilo Deferribacter thermophilus Ferribacter
limneticum Sulfurospirillum barnesii Acidithiobaci
llus ferrooxidans (bacteria acidófila y
normalmente aerobia) Pyrobaculum islandicum
(hipertermófila) Pyrobaculum aerophilum
(hipertermófila) Thermotoga maritima
(hipertermófila)
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La biorreducción del hierro en la naturaleza
Mecanismo de actuación
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La biorreducción del hierro en la naturaleza
Aplicaciones Metalurgia Extractiva del hierro ?
Cuestionamiento del horno alto como reactor único
para la obtención del hierro ? La transferencia
electrónica a los óxidos de Fe catalizada por
microorganismos puede tener una consecuencia
inmediata su solubilización por reactivos
químicos BIOLIXIVIACIÓN ? Nuevo método de
obtención de hierro por vía electrolítica
desarrollado en el MIT.
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La biorreducción del hierro en la naturaleza
Aplicaciones Pilas de energía microbiana ?
Además de transferir electrones a óxidos que
aparecen en la naturaleza, como los de hierro,
algunos microorganismos pueden transferir
electrones a un electrodo. ? Se ha encontrado
que miembros de los Geobacteraceae conservan
energía para crecer acoplando la oxidación del
acetato o de compuestos aromáticos a una
transferencia de electrones a un electrodo. ?
Geobacter forma una biopelícula sobre la
superficie del electrodo que es muy estable y que
produce electricidad continuamente durante
semanas. ? Esta forma nueva de respiración tiene
una potencial aplicación industrial para la
producción de electricidad a partir de una serie
de residuos orgánicos que normalmente se desechan.
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Pilas de energía microbiana
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Pilas de energía microbiana

• Mecanismos de transferencia electrónica al
  electrodo
• 1. Transferencia electrónica indirecta a través
  de interacción de productos metabólicos
  reducidos con el ánodo.
• 2. Transferencia electrónica favorecida con
  mediadores artificiales.
• 3. Microorganismos que producen sus propios
  mediadores. Por ejemplo, oxidación de glucosa a
  anhídrido carbónico con una transferencia
  electrónica directa a la superficie del
  electrodo.
• 4. Transferencia electrónica directa al electrodo.

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Pilas de energía microbiana
1. Transferencia electrónica indirecta a través
de la interacción de productos metabólicos
reducidos con el ánodo
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Pilas de energía microbiana
2. Transferencia electrónica favorecida con
mediadores artificiales
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Pilas de energía microbiana
3. Microorganismos que producen sus propios
mediadores
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Muchas gracias por su atención Thank you for
your attention
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