Introducción
Los avances en la biotecnología abren la posibilidad de ir más allá de las actuales alternativas para el suministro de energía mediante la introducción de tecnologías más eficientes y ecológicamente racionales1. La aplicación de la biotecnología ha contribuido de manera significativa y se hace avanzar a través de una variedad de industrias, como la electrónica, productos farmacéuticos, biomédicos, la aeronáutica, y la industria del petróleo y gas.
Ofrece un enorme potencial para modernizar la infraestructura, aumentar la recuperación neta de los yacimientos nuevos y existentes, ampliar el área de aplicaciones para aguas profundas, y encontrar soluciones para la producción de hidrocarburos no convencionales.
La biotecnología, vista como un conjunto de tecnologías enfocadas a la producción de bienes y servicios por medio de sistemas biológicos o sus productos., El descubrimiento de diversos microorganismos capaces de utilizar al petróleo, gas natural y derivados como substratos en sus procesos metabólicos originó el interés e investigación en la rama energética.
La biotecnología del petróleo se refiere entonces a la aplicación de procesos biotecnológicos o productos en las diferentes actividades de la industria petrolera: exploración, producción, refinación, petroquímica y medio ambiente.
La investigación y el desarrollo de la biotecnología en la industria petrolera
La industria petrolera está controlada por varios impulsores claves como son:
El incremento en la producción de crudo pesado, el crecimiento de la demanda de combustibles, la necesidad de aumentar la recuperación secundaria y terciaria de petróleo, la búsqueda de margen de ganancia atractivo y el cumplimiento de normas ambientales más severas, el mejoramiento del procesamiento del crudo de tipo fracturado, el impulso de la rama petroquímica, así como la limpieza de suelos y acuíferos contaminados por las actividades petroleras.
La industria petrolera se interesa en la biotecnología2 como una alternativa que le permita afrontar los retos anteriores sobre la base de la gran versatilidad del metabolismo microbiano y su habilidad intrínseca para transformar substratos complejos en condiciones ambientales extremas, por ejemplo, temperatura, presión, salinidad, acidez, alcalinidad y medios hidrofóbicos.
Diversos bioprocesos son investigados como tecnologías complementarias en la refinación del petróleo para reducir los costos de inversión y proceso, así como superar las barreras tecnológicas en el mejoramiento del petróleo y gas. En este contexto se presenta el desarrollo tecnológico de la biotecnología del petróleo, especialmente en la biorefinación.
Biorefinación del petróleo
El petróleo crudo es una mezcla compleja de hidrocarburos (parafinas, naftenos y aromáticos) que debe ser procesado en productos de mayor valor agregado tales como el gas licuado de petróleo (GLP), la gasolina, el diesel, disolventes, el queroseno, destilados medios, el aceite residual y el asfalto.
l proceso de refinación comprende la realización de varias operaciones térmicas y catalíticas para convertir a las moléculas de la fracción pesada en moléculas más pequeñas, llamadas fracciones ligeras, que tienen una menor temperatura de destilación.
El azufre, nitrógeno y algunos metales como el níquel y el vanadio se concentran principalmente en la fracción pesada del petróleo y tienen una mayor resistencia a los procesos químicos convencionales, razones que dificultan su eliminación de los productos petrolíferos.
La biorefinación del petróleo, es decir, la aplicación de biotecnologías en el fraccionamiento y mejoramiento del mismo, puede contribuir a la reducción de la contaminación y del consumo de energía y a la obtención de productos de mejor calidad. La biorefinación no es un concepto nuevo, por ejemplo, British Petroleum (BP) produjo en los años 60 la proteína unicelular como una respuesta a la falta de demanda de parafinas para la industria petroquímica.
En la actualidad se considera que la industria moderna de la refinación enfrenta dos impulsores claves: el endurecimiento de las normas ambientales y la disminución lenta pero constante de las reservas de crudo ligero. El primero limita el contenido de compuestos azufrados en combustibles, así como la emisión de óxidos de azufre y nitrógeno. El segundo impulsor obliga a mejorar los sistemas de refinación debido a una mayor alimentación de petróleo pesado, rico en asfaltenos, metales, azufre y nitrógeno, que disminuyen la eficiencia de los diferentes procesos en la refinación del petróleo.
Eliminación de azufre
El azufre y el nitrógeno representan los mayores componentes del petróleo que contribuyen a la contaminación del aire, la lluvia ácida, la corrosión de infraestructura y al envenenamiento de los catalizadores.
Actualmente, las tecnologías convencionales y alternativas han permitido alcanzar un contenido de azufre de 10 ppm en los combustibles, pero están dirigidas en general al tratamiento de cargas provenientes de petróleo ligero con un menor contenido de azufre.
Sin embargo, el contenido de azufre en el petróleo se incrementará en los próximos años como resultado de una mayor producción de petróleo pesado y metales, lo cual conllevará los refinadores a afrontar la adopción de una tecnología de desulfuración, así como a la remodelación de las plantas existentes. La Biodesulfuración representa una nueva tecnología de gran impacto en la desulfuración del crudo con un gran impacto ambiental.
Biodesulfuración con la utilización de enzimas
La desulfuración biológica (BDS) de combustibles es otra tecnología alternativa a la HDS que se conoce desde 1930. La investigación desarrollada en BDS y biodesnitrogenación (BDN) en la década de los años 70 y 80 no interesó a la industria petrolera, ya que se obtuvieron combustibles de bajo índice de octano debido a la degradación de los hidrocarburos por vía anaeróbica o aeróbica.
Estos microorganismos no pueden utilizarse en el procesamiento del petróleo, pero son importantes para la biorremediación de suelos y acuíferos, La vía microbiana selectiva de eliminación de azufre (vía 4S) de los compuestos del petróleo fue descubierta en 1978 y abrió nuevas oportunidades para la biotecnología en la producción de combustibles limpios debido a que no afectó significativamente el valor calórico [10].
La industria petrolera no mostró interés en su momento debido a la mayor flexibilidad de las normas ambientales, las altas reservas de crudo ligero y la buena rentabilidad de los procesos convencionales. No obstante, la década de los años 90 marcó un escenario diferente e innovativo en las industrias.
En tanto, la biodesulfuración específica ha sido ampliamente estudiada en los últimos años, existe poca información sobre la eliminación biológica de compuestos organonitrogenados del petróleo y derivados sin afectar su valor calorífico. Recientemente, investigadores del Institute of Gas Technology (EE.UU.) y Petrobras (Brasil) aislaron y obtuvieron por mutagénesis la cepa Pseudomonas ayucida IGTN9m que utiliza a la quinolina como única fuente de nitrógeno sin transformar el resto del hidrocarburo.
El tratamiento de un crudo pesado (shale oil) con los restos celulares de la cepa mencionada eliminó el 5 y el 68 % del nitrógeno total y de quinolina, respectivamente La biorefinación de combustibles fósiles requerirá la desnitrogenación específica de otro tipo de compuestos como los pirroles, indoles, carbazoles y acridinas. Por ejemplo, el producto de la oxidación de carbazol por la casa de C. gallica condensa y polimeriza en una solución acuosa de acetonitrilo al 15% [49]. Este hecho permitió vislumbrar el uso de estas enzimas en la desnitrogenación de petrolíferos.
Conclusión
La explotación de petróleo crudo a partir de fuentes pesadas implica la aplicación de nuevas tecnologías en los procesos de refinación amigables con el medio ambiente, como La comprensión de los mecanismos biológicos que intervienen en la biodesulfuración, biodesnitrogenación y mejoramiento del petróleo lo cual permitirán diseñar y producir catalizadores específicos de alta actividad y robustez.
Referencias bibliográfica
- IBERDROLA; “La biotecnología y su impacto en el mundo de hoy y del mañana”; https://www.iberdrola.com/innovacion/que-es-la-biotecnologia.
- Aburto J, Rojas NG, Quintero R; “La biotecnología actual y su impacto en la industria de la refinación del petróleo”; Biotecnología Aplicada; 2003, 20:57-65
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