biotecnología ambiental en méxico: retos y desafíos · para estimar la calidad del agua...
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Hacia Dónde va la Ciencia en México Un análisis para la acción desde las perspectivas académica, sectorial y tecnológica
Biotecnología Ambiental en México: Retos y Desafíos
Dr. Elías Razo Flores
erazo@ipicyt.edu.mx
www.ipicyt.edu.mx
Hacia Dónde va la Ciencia en México Un análisis para la acción desde las perspectivas académica, sectorial y tecnológica
Global - Cambio climático - Contaminación de agua y aire - Sobreexplotación de recursos pesqueros - Conflictos geopolíticos por recursos
Países en desarrollo: México - Contaminación de agua, aire y suelo - Perdida de biodiversidad y destrucción de recursos naturales - Deforestación, desertificación - Creciente urbanización sin infraestructura básica
Problemática Ambiental
Hacia Dónde va la Ciencia en México Un análisis para la acción desde las perspectivas académica, sectorial y tecnológica
Algunas estadísticas acerca de México
Territorio 1,964,375 km2
Población 112 M habitantes (2010) 127.2 M habitantes (2030) PIB $ 1,168,197 M USD Consumo de agua ~ 72 km3/año 25% incremento al 2030
Hacia Dónde va la Ciencia en México Un análisis para la acción desde las perspectivas académica, sectorial y tecnológica
Contraste entre el desarrollo en México y disponibilidad de agua
Hacia Dónde va la Ciencia en México Un análisis para la acción desde las perspectivas académica, sectorial y tecnológica
Aceptable 22%
Contaminada 15%
Altamente contaminada 7%
Excelente 5%
Compuestos tóxicos 2%
Baja contaminación 49%
Contaminación de aguas superficiales Estudio de 535 cuerpos de agua
DBO, DQO y SST son los únicos criterios empleados para estimar la calidad del agua
Subdirección General Técnica. CNA
Hacia Dónde va la Ciencia en México Un análisis para la acción desde las perspectivas académica, sectorial y tecnológica
Demanda de agua en México
Consumo de agua ~ 72 km3/año Subdirección General de Programación. CNA
Hacia Dónde va la Ciencia en México Un análisis para la acción desde las perspectivas académica, sectorial y tecnológica
Agua residual municipal en México
Producción 235.1 m3/s 88.9% del agua residual municipal se colecta en la red de alcantarillado
2 M ton DBO5 se generan cada año
32.5% DBO5 se remueve en los sistemas de tratamiento
Agua residual municipal tratada
En 2010 se trató 93.6 m3/s, 39.8% del caudal generado
Atlas del agua en México 2012. CNA
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Agua residual industrial en Mexico
Producción 212.6 m3/s: industria azucarera 28%, petrolera 19%, agropecuaria 17% y química 6%
13.05 M ton DBO5 se generan anualmente
10% DBO5 se remueve en los sistemas de tratamiento
Agua residual industrial tratada (m3/s)
En 2010 se trató 63.6 m3/s, el 29.9 % del caudal producido
Atlas del agua en México 2012. CNA
Hacia Dónde va la Ciencia en México Un análisis para la acción desde las perspectivas académica, sectorial y tecnológica
a
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Lagunas aeradas y de estabilización 26%
Primario avanzado 14.9%
Otros 7.8%
Primario 4.1%
Lagunas de oxidación 3.5%
Filtros biológicos 3%
Lodos Activados 40.7%
Métodos de tratamiento de aguas residuales municipales usados en Mexico
1,182 PTAR Capacidad tratamiento 84,331 L/s
AR tratada 60,242 L/s
Reactores Anaerobios (UASB) suman 0.4% Estadísticas del agua en México. CNA 2005
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Tratamiento de agua residual en México: ¿dónde nos encontramos?
• La brecha entre agua residual producida y tratada es aún muy grande, principalmente en el sector industrial. • Aproximadamente la mitad de las PTAR municipales tienen eficiencias de remoción de DBO mayores al 50%. • La mayoría de las PTAR fueron diseñadas para la remoción de DBO. Sólo las PTAR más recientes han sido diseñadas para remoción de nitrógeno en cierto grado. • Muy pocas PTAR tienen instalaciones para el tratamiento y digestión de lodos. • El agua residual que no es tratada es descargada a los sistemas de drenaje o bien a cuerpos superficiales, agravando el problema de contaminación. • La contaminación por actividades agrícolas, ganaderas (“runoff contamination”) y lixiviados de rellenos o tiraderos municipales e industriales no ha sido cuantificada.
Hacia Dónde va la Ciencia en México Un análisis para la acción desde las perspectivas académica, sectorial y tecnológica
Perspectivas del tratamiento de agua residual en Mexico
El agua es el recurso natural con más riesgo en México y debe de ser visto como un asunto de seguridad nacional. Aspectos relacionados al agua que deben ya ser abordados: Asegurar la calidad del agua y su acceso.
Asegurar el suministro en calidad y cantidad.
Tratamiento de lodos residuales y eliminación de patógenos
Control de contaminantes emergentes que ponen en riesgo la salud pública.
Determinar las necesidades de infraestructura para el crecimiento de las comunidades.
Proteger los servicios ambientales/ecológicos que suministran agua.
Asegurar crecimiento económico dandole al agua el valor que se merece.
Hacia Dónde va la Ciencia en México Un análisis para la acción desde las perspectivas académica, sectorial y tecnológica
Desafíos de la Biotecnología Ambiental P
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México
10 años
Modificado de Ternes y col. 2004
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Bioreactores para el tratamiento de aguas residuales
Reactor secuencial en lote Modificado de Buitrón y col. 2006
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Bioreactores para el tratamiento de aguas residuales
Bioreactor de membrana Modificado de Daigger y col. 2005
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Bioreactores para el tratamiento de aguas residuales
Reactor UASB
www.uasb.org
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Biodegradación de contaminantes traza
Modificado de Ternes y col. 2004
Hacia Dónde va la Ciencia en México Un análisis para la acción desde las perspectivas académica, sectorial y tecnológica
Debido al aún incipiente desarrollo y práctica de la biotecnología ambiental en México, existe una gran oportunidad para promover la aplicación de tecnología sustentable para el tratamiento de efluentes. El agua es un recurso natural escaso en México, principalmente en el centro y norte del país, y debe de ser considerado como un asunto de seguridad nacional. Debido a la creciente preocupación pública acerca del agua en México, se tiene ya una legislación ambiental y se han hecho considerables inversiones en el sector. No obstante se requieren inversiones más cuantiosas. Se requiere una adecuada integración de la biotecnología ambiental para el tratamiento y reuso del agua residual con el objetivo de tener un crecimiento económico sustentable en el país. Este es el principal desafío para la gente involucrada en el sector y para la sociedad misma.
Desafíos para el tratamiento de agua y su reuso
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La sociedad actual no puede darse el lujo de usar el agua solo una vez
(Levine y Asano, 2004)
Hacia Dónde va la Ciencia en México Un análisis para la acción desde las perspectivas académica, sectorial y tecnológica
Algunas estadísticas acerca de México
Territorio 1,964,375 km2
Población 112 M habitantes (2010) 127.2 M habitantes (2030) PIB $ 1,168,197 M USD Producción de petróleo 3.7 MMB/d (6º) Planta hidroeléctrica Chicoasén 2,400 MW (4º)
Hacia Dónde va la Ciencia en México Un análisis para la acción desde las perspectivas académica, sectorial y tecnológica
Energía Renovable en México
En 2008 México produjo 10,500 PJ y consumio 7,314 PJ
Año 2008
2012 2024 2035 2050
Producción basada en renovables (%)
3.9
6.6
35
40
50
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Fuentes Alternas de Energía
Energía Eólica
Energía Solar
Energía Marina
Energía Nuclear
Bioenergía
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Bioenergía
Recursos renovables como materia prima: Biomasa
Bioetanol
Biodiesel
Biometano
Biohidrógeno
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Diagrama integral de una Biorrefinería
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Cultivos agrícolas
Extracción de aceites
Reacción de transesterificación
Separación de biodiesel y glicerol
Cultivo Rendimiento aceite (galones/acre/año)
Soya 48
Camelina 62
Girasol 102
Jatropha 202
Palma de aceite 635
Algas 1000-6500 b
a Adaptado de Chisti (2007) b Rendimientos adaptados del reporte DOE 2010
Biodiesel
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Utiliza CO2 y tienen altos rendimientos por área de cultivo.
Pueden minimizar y evitar competencia con tierras de cultivo y nutrientes que se usan para la agricultura convencional.
Pueden utilizar aguas residuales, aguas de producción, agua salina y reducir por tanto la competencia por los suministros de agua limpia.
Biodiesel US $10.5/galón Petrodiesel US $3.80/galón
Necesidad de investigación
Microalgas: alta densidad energética
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Producto final Proceso
Biodiesel Extracción aceites y transesterificación
Etanol Fermentación
Metano Digestión anaerobia de la biomasa/Metanización del syngas producido a partir de la biomasa
Hidrógeno Procesos bioquímicos en algas
Calor y electricidad
Combustión directa de la biomasa microalgal. Gasificación de la biomasa
Otros combustibles
Gasificación/pirólisis de la biomasa, procesamiento del syngas resultante
Otros biocombustibles/fuentes de energía a partir de micro algas
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Biotecnología ambiental: Otras áreas de oportunidad
Biorremediación de suelos y acuíferos
Biolixiviación
Nanobiotecnología
Biotecnología blanca
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Acciones estratégicas
Enfoque Integral en la producción y uso sustentable de recursos naturales
Marco regulatorio e incentivos fiscales
Desarrollo de mercados
Desarrollo institucional (investigación y desarrollo tecnológico, formación y desarrollo de grupos multidisciplinarios en temas prioritarios, proyectos piloto y demostrativos, etc.)
Programas intersectoriales con objetivos y metas específicos (SENER, CNA, SEMARNAT, SALUD, SAGARPA, SEP, etc.)
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Gracias por su atención
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