UNIDAD 2 SESIÓN 5

ACTIVIDAD 2 Análisis y abstracción de información

1.1  ANTECEDENTES

La revolución industrial fue una época muy importante para el desarrollo de la humanidad, sin duda la vida como la conocemos ahora no fuera posible sin todos los avances científicos y tecnológicos que surgieron a partir de esa época, pero si seguimos consumiendo los recursos naturales al mismo ritmo que desde ese tiempo, la vida como la conocemos hoy en doscientos años ya no va a ser posible.

En el origen de la revolución industrial las consecuencias negativas nunca estuvieron en la lista de intenciones de inventores, ingenieros e industriales, de hecho la revolución industrial nunca fue diseñada; se conformó gradualmente, a medida que industriales, ingenieros e inventores intentaban resolver problemas y obtener ventaja inmediata de lo que veían como oportunidades, en un periodo de cambios rápidos y generalizados sin precedentes. Cuando comenzaron estas prácticas, las sutiles cualidades del medio ambiente no constituían una preocupación generalizada, los recursos parecían inmensamente vastos, la naturaleza misma era percibida como la Madre Tierra que, en perpetua regeneración era capaz de absorber todo y continuar creciendo. (Braungart et al., 2005)

La preocupación por los efectos sobre la salud y el medio ambiente tienen algunos hitos importantes; en primer lugar está la publicación del libro Primavera Silenciosa escrito por Rachel Carson en 1962, la fundación de la Agencia de Protección Ambiental (EPA) en 1970, la iniciativa P2 (Pollution Prevention) en 1982, el Informe “Nuestro futuro común” de la Comisión Bruntland en 1987, y la promoción de conductas responsables con el medio ambiente . (Tate, 2015)

Entre las propuestas más recientes  en cuanto al tema del desarrollo sostenible están la de McDonough y Braungart (2002) sobre el diseño de la “cuna a la cuna” (C2C), la biomimética aplicada al diseño de equipos (Benyus, 1997), la eliminación total de la palabra residuo (Hardi y Zdan, 1997), los doce principios de la Química Verde (Anastas y Warner, 1998) y los doce principios de la Ingeniería Verde (Allen y Shonard, 2002), entre otros, los cuales constituyen las bases para el diseño de procesos industriales sostenibles. (Loayza, 2013)

El desarrollo de la Biotecnología a contribuido a nuevos avances en el tema de la sostenibilidad principalmente en la Biotecnología blanca o industrial; con la cual se logra que los procesos de fabricación tengan un impacto ambiental menor, sin sacrificar su eficacia, prestaciones o rentabilidad.

1.1       Bases teóricas

Conceptos de sostenibilidad y sustentabilidad

Los términos sustentabilidad y sostenibilidad tienen similitud conceptual, ambos significan: Mantener, sostener y defender; es decir, asegurar continuidad, sin embargo, tienen sus diferencias, en términos ambientales.

Sustentabilidad se refiere a sostener, o asegurar la continuidad en términos sociales y ambientales únicamente, se refiere a la acción del hombre, en relación con su entorno. En cambio, la sostenibilidad se refiere a asegurar la continuidad en términos sociales, ambientales, pero también económicos; la sostenibilidad está ligada al concepto del desarrollo integral de la humanidad.(Gómez, 2010)

Desarrollo sostenible

En abril del año 1987 la Comisión de Desarrollo y Medio Ambiente publicó y dio a conocer su informe, titulado “Nuestro futuro común” conocido también como “Informe Brundtland” (Brundtland, G.H., 1987) en el cuál se introduce el concepto de desarrollo sostenible, definido en estos términos:

“Desarrollo sostenible significa asegurar que se satisfagan las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones para satisfacer las propias”. (Gómez, 2010)

Procesos Industriales Sostenibles

Los procesos industriales sostenibles, están constituidos por etapas que potencian el aprovechamiento de los materiales y la energía para la producción de bienes y minimizan o eliminan la presencia de residuos y desechos.  Un proceso industrial sostenible es un proceso eficiente, limpio, seguro y que contribuye al desarrollo sostenible. Esto hace posible que las empresas sean responsables; por sus actividades limpias, seguras y sin generar problemas ambientales, y competitivas; que puedan interactuar en mercados nacionales e internacionales, en las mismas condiciones con otras empresas del sector. (Loayza et al., 2013)

Apartados fundamentales de la Química Verde

1)    Prevención de la causa de riesgo

La mejor opción es evitar los riesgos desde su misma fuente.

2)    Metodologías químicas

La contaminación y los riesgos, que tienen su origen en las sustancias químicas deben tener también solución química; la química y la ingeniería química del mismo proceso.

3)    Acción de acuerdo con un diseño

Para que se pueda hablar propiamente de Química Verde, el reverdecimiento de la actividad debe ser fruto de un propósito bien definido, y de una planificación orientada a la consecución de un proceso más eficiente, inherentemente limpio y seguro. (Mestres, 2013)

LOS DOCE PRINCIPIOS DE LA QUÍMICA VERDE

1. Prevención. La prevención de los residuos elimina por completo cualquier necesidad de tratarlos o limpiarlos después de su creación.

2. Economía atómica. Deben diseñarse métodos sintéticos para maximizar la incorporación de todos los materiales utilizados en el proceso para obtener el producto final.

3. Síntesis químicas menos peligrosas. Siempre que sea posible, deben diseñarse métodos sintéticos para emplear y generar sustancias que posean poca o ninguna toxicidad para la salud humana y el medio ambiente.

4. Diseñar sustancias químicas más seguras. Deben diseñarse productos químicos para efectuar su función deseada y reducir al mínimo su toxicidad.

5. Disolventes y otros productos auxiliares más seguros. El uso de sustancias auxiliares (porejemplo, disolventes, agentes de separación, entre otros) debe hacerse innecesario siempre que sea posible e inocuo cuando sea el caso.

6. La disminución en el consumo energético. Hay que diseñar los procesos (calentamiento, enfriamiento, separación...) Para reducir el consumo de energía. Pueden usarse nuevas técnicas para acelerar las reacciones (microondas, ultrasonidos).

7. La utilización de materias primas renovables.

8. La reducción del número de etapas de los procesos de síntesis. Hay que rediseñar los procesos químicos cuestionando la necesidad de: grupos protectores o bloqueantes y derivados para facilitar el procesado (destilación, precipitación, etc.)

9. Catálisis mas selectiva. La potenciación de la catálisis lo más selectiva posible, en lugar de reactivos estequiométricos.

10. La generación de productos biodegradables.

11. El desarrollo de metodologías analíticas para la prevención de la contaminación.

12. La minimización del riesgo de accidentes químicos.(Tate, 2015)

BIOTECNOLOGÍA BLANCA O INDUSTRIAL

El objetivo básico de las aplicaciones biotecnológicas a la industria es el desarrollo de procesos de producción a escala industrial mediante la utilización de organismos vivos o partes de estos. Esto permite crear procesos de alto rendimiento, y además tener procesos limpios compatibles con el medio ambiente.

La biotecnología blanca es una tecnología clave para el desarrollo de la denominada bioeconomía que esencialmente pretende entre sus objetivos básicos la transformación del
conocimiento que aportan las ciencias de la vida en productos nuevos, sostenibles, ecoeficientes y competitivos.(López, 2009)

BIOCATALIZADORES

Un catalizador es una sustancia que se puede añadir a una reacción para aumentar o reducir la velocidad de reacción sin ser consumida en el proceso. En los procesos que ocurren dentro de los seres vivos; las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores en las reacciones bioquímicas.

Los metales usados ordinariamente como catalizadores en los procesos industriales son susceptibles de agotamiento, además de que la mayoría de ellos resultan totalmente extraños al ambiente. Algunos de ellos, como paladio, rutenio, rodio e iridio han estado confinados en sus yacimientos durante millones de años, por lo que resultan totalmente extraños al ambiente. Su uso hace imprescindible evitar su difusión ambiental, con un impacto desconocido, que puede resultar persistente e irreversible. (Poliakoff, 2007)

La catálisis verde es una herramienta fundamental para el logro de los objetivos de la química verde, ya que es una estrategia que se aplica en el reverdecimiento de todo el proceso químico. la catálisis está involucrada en la mayor parte de los 12 principios de la química verde, hasta el punto de ser considerada como el pilar fundamental de la química verde. (Aramendia, 2007).

La Biocatálisis es el empleo de un biocatalizador (enzimas o células, libres o inmovilizadas) para lograr una biotransformación bajo condiciones adecuadas, con el objetivo de obtener un producto de una utilidad aplicada concreta. (Sinisterra, 2012)

Ventajas de los Biocatalizadores

1.- Las enzimas son catalizadores muy eficientes

2.- Las enzimas no producen contaminación medioambiental.- Las enzimas son proteínas y, por tanto, biodegradables. 

3.- Las enzimas trabajan en condiciones suaves de pH, temperatura y presión.- Esta es una de las ventajas más importantes. 

4.- Las enzimas no están limitadas a su papel natural.

5.- Las enzimas pueden catalizar un amplio espectro de reacciones. (Sinisterra, 2012)

BIOSOLVENTES

Los disolventes son necesarios ordinariamente tanto como medio de reacción, como en la separación y purificación del producto . Son empleados en cantidades que están en uno o más órdenes de magnitud respecto a las materias primas, reactivos y catalizadores.  El hecho de ser fluidos los hace propensos a fugas en forma de vertidos y, si son volátiles, de pérdidas por evaporación. Para mayor complicación, la mayoría de los disolventes orgánicos son ambientalmente nocivos, o fácilmente inflamables.  

Por ello, una de las áreas más importantes de la química verde es la eliminación o reemplazo por disolventes no peligrosos que tengan un impacto ambiental limitado, se han desarrollado reacciones que se llevan a cabo sin disolventes, y también disolventes alternativos como disolventes biodegradables, biosolventes entre otros (Mestres, 2013)

 ACTIVIDAD EDUCATIVA SOBRE QUÍMICA VERDE 

Existen muchos avances tecnológicos y científicos relacionados con la protección del medio ambiente, cada día surgen mas investigaciones acerca de la sostenibilidad en los procesos. Es necesario que las nuevas generaciones de investigadores, químicos e ingenieros se formen en los principios de la Química e Ingeniería sustentable. 

La enseñanza Química tradicional debe abrir sus fronteras educativas hacia los nuevos conceptos de Química Verde. Para que la química verde se incorpore a las actividades de la química tradicional, tanto en el sector industrial como en el entorno académico es necesario contemplar esta disciplina en los programas de estudio de las licenciaturas de relacionadas con la Química. (López, 2009)

Por estas razones es necesario que las instituciones educativas realicen un esfuerzo para preparar a los profesionales en la Química Verde, denominada la Química del siglo XXI.

En América Latina, específicamente en México, los programas académicos que incluyen enseñanzas de Química e Ingeniería sostenible son escasos, la mayoría se centra en la enseñanza de la química tradicional. 

Bibliografía

Loaiza J., S. V. (2013). Los procesos industriales sostenibles y su contribución en la prevención de problemas ambientales. Revista de la Facultad de Ingeniería Industrial, 107-117.

López, J. L. (2009). Biotecnología para una química verde. Laboratorio de alternativas, 5.

Segovia, L. (2003). EVOLUCIÓN DIRIGIDA DE PROTEÍNAS. Departamento de Ingeniería Celular y Biocatálisis UNAM, 11.

Tate, B. (2015). Una breve vision general de la quimica verde. Vitual Pro, 20-24.

Michael Braungart, W. M. (2005). Cradle to Cradle: Remaking the way to do things. España: Mc Graw Hill.

Gomez Gutierrez, C. (2010). El desarrollo sostenible: Conceptos básicos, alcance y criterios para su evaluación. Desarrollo sostenible, 90-111.

Mestres, R. (2013). Química sostenible: Naturaleza, fines y Ambito. Virtual pro, 103-112.

Poliakoff, M. (2007). Green Chemistry. Nature, 810-812