La biodegradació del petroli (2008)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Ciencias Ambientales - 1º curso
Asignatura Biologia
Año del apunte 2008
Páginas 14
Fecha de subida 25/05/2014
Descargas 1

Vista previa del texto

LA BIODEGRADACIÓ DEL PETROLI.
Sara De La Torre Marta Turull Nicolás Urán Paula Vera Aida Vila Joaquim Vilar Helena Zorita Índex. Biodegradació del petroli 1. Introducció.............................................................. Pàg. 3 1.1. Què és el petroli? ......................................................... Pàg. 3 1.2. Composició elemental del petroli ................................. Pàg. 3 1.3- Origen biològic del petroli ............................................ Pàg. 4 1.4. Importància i usos del petroli ...................................... Pàg. 4 1.5. Derivats del petroli ....................................................... Pàg. 5 2. Vessaments de petroli .............................................Pàg. 6 2.1 Conseqüències dels vessaments de petroli .................. Pàg. 7 2.1.1 Danys a la vida marina .......................................................... Pàg. 7 2.1.2. Danys a l’ecosistema terrestre ............................................ Pàg. 7 2.1.3. Danys en l’economia ........................................................... Pàg. 8 3. Biodegradació del petroli .........................................Pàg. 8 3.1. Bioremediació .............................................................. Pàg. 9 3.2. Organismes degradadors del petroli .......................... Pàg. 10 3.3. Vies de degradació del petroli .....................................Pàg. 11 3.3.1. Degradació oxidativa .......................................................... Pàg. 11 3.3.2. Degradació anaeròbica....................................................... Pàg. 12 4. Fraccions del petroli ..............................................Pàg. 12 4.1. Biodegradació de les fraccions .................................. Pàg. 13 2 1. INTRODUCCIÓ 1.1 Què és el petroli? El petroli es defineix com a producte natural format per la conversió anaeròbica de biomassa a altes temperatures i pressions.
Si ens basem en la seva composició, podem dir que el petroli és una mescla complexa no homogènia d'hidrocarburs, és a dir, de compostos rics en carboni i hidrogen i que no són solubles en l'aigua.
1.2 Composició elemental del petroli.
Químicament, el petroli es composa en gran part d' hidrogen i carboni, doncs és un hidrocarbur, però també trobem altres components com són el sofre i el nitrogen, malgrat la seva presència es doni en quantitats molt petites. En percentatges, el sofre representa entre el 0% i un 2% de la composició del petroli, el nitrogen representa el 0,2%; mentre que el carboni representa entre el 84% i un 87% de la composició total i l'hidrogen el percentatge restant, és a dir, entre un 11% i un 14%.
Composició elemental del petroli Carboni Hidrogen Sofre Nitrogen 3 1.3 Origen biològic del petroli.
El petroli és un hidrocarbur d'origen orgànic, fòssil, fruit de les transformacions de matèria orgànica procedent de zooplàncton i algues, que sengles restes dipositades en grans quantitats en fons anòxics, és a dir, en absència d'oxigen, de mars o zones de llacs del passat geològic, van ser recobertes i enterrades sota pesades capes de sediments que exercien pressió sobre elles. Aquesta pressió i les temperatures que en aquells dipòsits subterranis es donava, van permetre els canvis químics que es donaren durant la diagènesi.
En aquest procés químic de degradació que requereix un llarg període de temps (parlem de milions d'anys) es poden distingir dues etapes: una etapa biològica i una altra etapa abiòtica, és a dir, una etapa on hi intervenen microorganismes i una altra etapa on aquests microorganismes no hi intervenen pas.
1.4 Importància i usos del petroli.
Avui en dia el petroli és de vital importància per a la societat, doncs molts dels fets quotidians que es duen a terme necessiten d' aquest element. És tant important que fins i tot el la producció de petroli i el seu consum són de gran rellevància en les relacions internacionals i ha estat freqüentment un dels factors decisius en la determinació de polítiques exteriors. També juguen un paper important la presencia de jaciments de petroli dins les fronteres d'un país, determinant sovint el futur de la seva economia i essent un dels factors determinants entre ser un país pobre o ric.
Però aquesta macro dependència del petroli no ha estat sempre així. La indústria petrolera s'inicià a l'any 1859, quan es va perforar un pou per tal d'extreure'n querosè per a la il·luminació.
4 A Rússia es van perforar els primers pous entre els anys 1806 i 1819.
A Canadà i Alemanya les perforacions van començar a l'any 1857.
Aquesta substància va ser comercialitzada per primer cop a l'any1850. Es va vendre sota el nom “d'oli de roca” o “petroli”.
1.5 Derivats del petroli.
Del petroli se'n poden sintetitzar gran quantitat de derivats, en ressaltarem alguns d'ells.
Derivat Ús Benzina S’usa per vehicles de motor: automòbils ,avions Querosè S’usa per l’enllumenat,calefacció i preparació de vernís.
Parafina S’usa per fabricar mistos, polir metalls.
Gas-oil S’usa per a motors diesel.
Plàstics Inclouen poli alquens (com el polietilè, poli butilè, polipropilè, poli estirens i clorur de polivinil (PVC) 5 2. VESSAMENTS DE PETROLI Durant l’obtenció, el transport i el refinament del petroli és molt difícil impedir que hi hagi pèrdues del material al medi, ja sigui terrestre o aquàtic. Aquestes pèrdues s’anomenen vessaments, i parlem de marees negres quan es produeixen al mar. Tan en un medi com en un altre, els vessaments de petroli són un gran impacte ambientals, i alhora generen danys col·lateral en l’economia del lloc en concret.
Les marees negres són un succés dinàmic, que s’inicia en el moment de l’accident i finalitza amb la restauració final del medi. Per a gestionar correctament aquest impacte és important tenir en compte la naturalesa del producte vessat, la seva evolució en el medi i l’impacte que té sobre els recursos marins. Tots aquests aspectes estan interrelacionats i cal abordar-los de manera integrada. A més, s’ha de fer front a diverses implicacions ecològiques, socials, jurídiques i econòmiques.
Aquesta dinàmica temporal, pot abastar de 5 a 10 anys. Per això diem que els vessaments de petroli són un fenomen puntual, però el seu impacte és molt persistent.
S’estima que cada any s’aboquen al mar uns 3.000 milions de tones de petroli, només el 12% (360 milions) de les quals prové accidentalment de petroliers, la resta deriven del rentat de tancs i vaixells i d’abocaments de refineries i altres indústries.
Els efectes que produeixen aquests tipus de catàstrofes mediambientals sobre l’ecosistema marí, a nivell general, depenen no només del tipus de petroli que s’ha vessat, sinó també del lloc i de les condicions climatològiques en que es produeix l’accident (època de l’any, règim de vent i precipitacions, temperatura...).
6 2.1 Les principals conseqüències dels vessaments de petroli.
Les conseqüències dels vessaments de petroli es poden classificar en tres grups: 2.1.1 Danys a la vida marina El vessament forma taca negra que flota sobre l’aigua. Aquesta làmina negra impedeix que penetri la llum del sol i que es realitzi la fotosíntesi. Això causa que els organismes primaris es vegin afectats i amb ells tota la cadena alimentària.
Moren molts organismes vius que no saben ni assimilar ni eliminar l’hidrocarbur, com el plàncton, els mol·luscos bivalves (muscles, escopinyes...).
Altres animals, com per exemple els ocells i els cetacis petits, moren en grans quantitats, ja sigui per intoxicació o per la pèrdua del poder de termoaïllament provocada per la impregnació de les plomes que fa que morin congelats.
Animals afectats pel petroli 2.1.2 Danys a l’ecosistema terrestre Quan la marea negra arriba a la costa, les platges es tenyeixen de negre i les roques es cobreixen de petroli. El petroli s’introdueix entre els grans de sorra i penetra al sol, això afecta de mala manera als organismes invertebrats que viuen en aquest ecosistema.
El cobriment amb petroli impedeix que noves plantes i animals creixin.
Vista aèria d’una platja contaminada per petroli després d’un vessament al 7 2.1.3 Danys en l’economia Les pèrdues econòmiques associades als vessaments de petroli al mar són descomunals. Tota la població costera es pot veure afectada en major i menor mesura.
Al produir-se un vessament de petroli: - Els bancs de pesca es veuen afectats i per tant l’activitat dels pescadors disminueix.
- Si la platja es contamina i s’embruta, el turisme minva i les activitats que depenen d’ell (hotels, restaurants, botigues...) pateixen grans pèrdues econòmiques.
3. BIODEGRADACIÓ DEL PETROLI Nombrosos microorganismes distribuïts a la naturalesa posseeixen la capacitat d’ utilitzar hidrocarburs com a font d’energia i carboni (“aliment”), pel seu creixement, produint CO2, H2O, biomassa i altres productes parcialment oxidats i menys tòxics.
Els microorganismes que utilitzen aquest substrat com a font d’aliment són determinades espècies de bacteris, fongs, actinomicets i protozous; la importància relativa de cada un dependrà de les condicions del medi.
La biodegradació del petroli als ecosistemes és complexa.
Depèn de: - Les característiques de la mescla d’ hidrocarburs.
- Els factors ambientals que regulen l’ activitat biològica.
- La naturalesa de la comunitat microbiana.
8 3.1.Biorremediació Aquesta qualitat de degradar naturalment els hidrocarburs per part dels microorganismes, pot ésser utilitzada com a mètode vàlid per a l’ eliminació dels mateixos en l’ ecosistema afectat (BIORREMEDIACIÓ).
9 3.2. Les característiques dels organismes degradadors del petroli: Existeixen un gran nombre de microorganismes que són capaços de biodegradar el petroli. Aquests microorganismes acostumen a ser bactèries, fongs, protozous, cianobacteris i algunes algues.
Com a exemples de bactèries i de fongs que hi ha són: - Bacteries: Achrornobacter, Acinetobacter, Actinomyces, Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Beneckea, Brevebacterium, Coryneformes, Erwinia, Flavobacterium, Klebsiella, Lactobacillus, Leumthrix, Moraxella, Nocardia, Peptococcus, Pseudomonas, Sarcina, Spherotilus, Spirillum, Streptomyces, Vibrio, Xanthomyces...
- Fongs: Allescheria, Aspergillus, Aureobasidium, Botrytis, Candida, Cephalosporium, Cladosporium, Cunninghamella, Debaromyces, Fusarium, Gonytrichum, Hansenula, Helmintrosporium, Mucor, Oidiodendrum, Paecylomyses, Phialophora, Penicillium, Rhodosporidium, Rhodotorula, Saccharomyces, Saccharomycopisis, Scopulariopsis, Sporobolomyces, Torulopsis , Trichoderma, Trichosporon...
Aquests organismes són organismes heteròtrofs i aerobis.
Al tenir aquesta capacitat degradativa del petroli, el que fan és utilitzar els hidrocarburs del petroli com a font d’energia i de carboni per al seu creixement. Com a resultat donen diòxid de carboni, aigua, biomassa i altres productes molt menys tòxics que els inicials.
Per a poder degradar aquest petroli el que fan és secretar. L’elevada complexitat de la composició del petroli i els seus derivats, implica l’existència d’una amplia capacitat enzimàtica si el que es vol és aconseguir una degradació significativa d’aquest petroli.
10 Aquests organismes tenen presenten una especificitat biodegradadora cap als diferents components del petroli. En la majoria dels casos són degradadors dels alcans a causa de que els alcans són els components més abundants del petroli. Els hidrocarburs saturats són els més propensos a l’oxidació i el segueixen els hidrocarburs aromàtics. També hi ha els alcans. Per altra banda, tenim les resines i els asfaltens que es consideren compostos resistents a la biodegradació. Això es deu a que la seva estructura és molt més complexa i han d’intervenir diferents tipus d’enzims per a poder oxidar-los com els alcans o els hidrocarburs aromàtics.
3.3 Vies de degradació del petroli: Tenint en compte la presència o no d'oxigen, hi ha dos principals vies per degradar el petroli, la degradació oxidativa (amb presència d'oxigen) i la degradació anaeròbica.
3.3.1 Degradació oxidativa Per tal de produir la degradació oxidativa hi ha d'haver presència d'oxigen i això s'aconsegueix mitjançant uns enzims anomenats oxigenases.
Hi ha de dos tipus: Monoxigenases: incorporen un oxigen (OH) Oxigenases Dioxigenases: icorporen dos oxigens (O2) Exemples de degradació oxidativa: Hidrocarburs alifàtics , primer es degradaria l’alcà pertinent fins a la seva forma àcida que posteriorment per b-oxidació formaria com a producte final es acetil-CoA.
Hidrocarburs aromàtics solen ser complicats ja que tenen gran varietat de compostos amb diferents anells difícils de degradar. Els organismes que la porten a terme utilitzen unes vies bioquímiques anomenades vies perifèriques o altes, que acaben modificant els anells inicials a una forma protocatechuat, 11 catechol o un compost semblant. A partir d’aquí s’iniciaria la segona fase de degradació coneguda com a vies baixes on aquests compostos poden ser intervinguts per les oxigenases i acabar sent degradats fins entrar al cicle de l’àcid cítric.
3.3.2 Degradació anaeròbica La degradació anaeròbica hi ha de dos tipus també, una és quan els compostos ja tenen incorporat l'oxigen com és el cas del fenol i llavors no és necessari la intervenció de les oxigenases. L'altre cas és quan els compostos sens oxígens són degradats sense oxigenases, és a dir, sense presència d'oxigen, mitjançant bacteris desnitrificants i reductors del ferro fèrric.
4. FRACCIONS DEL PETROLI El cru del petroli pot estar composat per milers de substàncies químiques, anomenades hidrocarburs del petroli (TPH), formats principalment d’hidrogen i de carboni.
Els hidrocarburs presenten una elevada dominància per sobre les altres famílies de compostos (50-98%) presents en el petroli.
La quantitat de TPH, però, aporta poca informació respecte de com hidrocarburs del petroli específics poden afectar a la flora i fauna d’un determinat lloc. Per obtenir un diagnòstic més acurat de com afecten aquests compostos a l’ambient, els científics van dividir els TPH en grups d’hidrocarburs basats en el comportament similar en el sòl o en l’aigua.
Aquests grups es coneixen com a fraccions d’hidrocarburs del petroli.
Cadascuna d’aquestes fraccions conté, alhora, molts components individuals.
Els TPH es purifiquen en les següents fraccions: • Fracció saturada: composta bàsicament de n-alcans, alcans amb cadenes alquíliques, i cicloparafines.
• Fracció aromàtica: hidrocarburs monoaromàtics, diaromàtics, aromàtics policíclics (HAPs). Els hidrocarburs aromàtics polinuclears (HAPs), constitueixen un grup de contaminants considerats d’estudi prioritari degut a les seves propietats mutagèniques, tòxiques i cancerígenes.
12 • Fracció de resines: afegit de piridines, quinolines, carbazoles, tiofens, sulfòxids i amides.
• Fracció d’asfaltens: àcids grassos, metaloporfirines i fenols polihidratats.
La fracció polar juntament amb els TPH s’anomena petroli total.
Les fraccions de resines i asfaltens apareixen en concentracions menors, són compostos més polars en els quals s’hi troben hidrocarburs heterocíclics, hidrocarburs oxigenats i d’altres afegits de gran pes molecular.
Donat el gran nombre d’hidrocarburs involucrats, generalment no resulta viable mesurar cadascun d’ells. No obstant, és útil potser mesurar la quantitat total del conjunt d’hidrocarburs que es troben en una mostra de sol, aigua o aire; doncs la concentració d’hidrocarburs del petroli trobada en una determinada mostra problema serveix com a indicador general del tipus de contaminació que existeix al lloc.
4.1 Biodegradació de les diferents fraccions del petroli: Els hidrocarburs saturats, són els més propensos a l’oxidació, i els segueixen els hidrocarburs aromàtics. Les resines i asfaltens es consideren compostos resistents a la biodegradació. Això és degut a que la seva estructura és molt complexa i han d’intervenir diferents tipus d’enzims que siguin capaços d’oxidar tant alcans lineals com cíclics, hidrocarburs aromàtics, poliaromàtics i heteropoliaromàtics.
En les marees negres, el petroli vessat és oxidat molt lentament i pot causar un impacte significatiu a llarg termini en la pesca i en altres activitats que depenen d’aigües no contaminades.
No tots els components del petroli són ràpidament degradables. Les parafines de cadenes curtes, són fàcilment degradables, seguides en ordre descendent per les parafines de cadena llarga, isoparafines, cicloparafines, aromàtics,heterocíclics, resines i asfaltens.
Cal remarcar, que quanta més diversitat biològica (microorganismes) existeixin en un ecosistema, amb major eficiència podrà autodepurar-se.
13 En els vessaments, la fracció d’hidrocarbur més volàtil s’evapora amb facilitat deixant els compostos alifàtics i aromàtics per a que siguin oxidats per diversos grups de microorganismes.
En condicions favorables, més del 80% dels compostos no volàtils són oxidats entre sis mesos i un any després.
Algunes fraccions com els hidrocarburs de cadena ramificada i els policíclics, perduren molt més temps en l’ambient, sobretot, si arriben a zones anaeròbiques, ocasionant perjudicis a llarg termini.
Com a curiositat afegir que existeixen contaminants difícils de degradar a la natura, pels quals encara no s’ha trobat microorganismes capaços de transformar-los. L’enginyeria genètica pot oferir una solució a aquest problema, que consisteix en el desenvolupament de microorganismes genèticament modificats (transgènics) capaços d’eliminar aquells materials que són difícils de degradar naturalment, convertint-se en millors agents de biodegradació. És a dir, que els microorganismes transgènics serien capaços de transformar els contaminants en productes ambientalment més segurs.
Fonts: http://www.scribd.com/doc/6440793/Biodegradacion-de-PetroleoDieselPRESENTACION http://www.atsdr.cdc.gov/es/phs/es_phs123.html http://microbiologia0809udg.blogspot.com/2008/10/microorganismes-i-mareesnegres.html?showComment=1226682420000 14 ...