Cada año, los seres humanos de todo el mundo producen miles de millones de toneladas de desechos sólidos. Aproximadamente el 70% de esta basura termina depositada en vertederos, donde se descompone lentamente. Sin embargo, lo que puede parecer una acumulación inerte de desechos inútiles, es en realidad un ecosistema complejo, repleto de actividad microbiana. Vastas comunidades de microorganismos se alimentan de los desechos y los convierten en subproductos, principalmente dióxido de carbono (CO2) y metano.
Si bien la mayor parte del metano de los vertederos se captura y se quema, los investigadores esperan utilizar este recurso, que puede convertirse en combustibles, electricidad o usarse para calentar hogares (ver más abajo).
En un nuevo estudio publicado en la revista Applied and Environmental Microbiology, el autor principal Mark Reynolds, junto con sus colegas industriales y de la Universidad Estatal de Arizona, exploran estas comunidades microbianas que prosperan en los lixiviados, un líquido que se filtra a través de los desechos sólidos en un vertedero. Encuentran que la composición y el comportamiento de microbios específicos que se encuentran en vertederos áridos, como los de Arizona, son distintos de comunidades similares en climas más subtropicales o templados. La composición microbiana también difiere según la edad de los depósitos del vertedero.
El proyecto se llevó a cabo en el Relleno Sanitario de Salt River ubicado en Scottsdale, cerca del campus de Tempe de ASU. La instalación recibe diariamente unas 1.600 toneladas de residuos sólidos municipales.
Residuos sólidos: un desglose
El estudio explora la composición microbiana a nivel de ecosistema en los lixiviados. Diversas condiciones ambientales aparentemente afectan los nichos microbianos que están compartimentados a lo largo de los 143 acres del vertedero.
«Pienso en un vertedero como un gran buffet de carbono para estos microorganismos», dice Reynolds, investigador del Centro Biodesign Swette para Biotecnología Ambiental. «Nuestra basura es principalmente papel pesado y es muy rica en celulosa y hemicelulosa. Estos son fácilmente degradables en condiciones anaeróbicas (sin oxígeno)».
La captura y el uso de los gases producidos en los vertederos pueden ayudar a reducir los peligros asociados con las emisiones de los vertederos y evitar que el metano se escape a la atmósfera. Además, los proyectos de energía asociados con la captura y el procesamiento de gas de vertedero pueden generar ingresos y crear puestos de trabajo en la comunidad.
Al comprender mejor el comportamiento de estos microorganismos productores de metano, los investigadores esperan mejorar la captura de este recurso vital y posiblemente limitar el escape de metano y CO.2 — dos potentes gases de efecto invernadero y principales contribuyentes al cambio climático — a la atmósfera.
«Estamos sumergiéndonos en la teoría ecológica para tratar de llegar a la fuente de lo que podría estar impulsando los patrones organizativos de los organismos productores de metano», dice Reynolds. El análisis multifacético del estudio indica que la temperatura y los sólidos disueltos son los dos parámetros clave que rigen su abundancia y diversificación. Esta es una buena noticia, porque estos datos se capturan de forma rutinaria en los vertederos, por lo general mensualmente, y pueden proporcionar diagnósticos precisos, indicadores reveladores de tendencias generales en la producción general de metano.
De basura a combustible
Los vertederos de desechos sólidos municipales representaron más del 15 % de las emisiones de metano en 2019, lo que representa la tercera fuente más grande de emisiones de metano a nivel mundial. Como señala el estudio, las emisiones de metano de los vertederos ascienden al equivalente a mil millones de toneladas de CO2, o aproximadamente las emisiones de efecto invernadero producidas por casi 22 millones de automóviles conducidos durante un año.
Por lo general, la mayor parte del metano liberado por los microorganismos en un vertedero se captura como biogás y posteriormente se quema, convirtiéndolo en CO2. Aunque este método limita los efectos perjudiciales para el clima del propio metano, es una solución a corto plazo e inadecuada para el problema de las emisiones de gases de efecto invernadero de los vertederos.
Además de su efecto adverso sobre el clima, el metano perdido representa una oportunidad perdida para capturar este valioso recurso. El estudio estima que aproximadamente una quinta parte de los vertederos de la nación serían adecuados para tal captura y procesamiento, si se pueden superar los obstáculos económicos y de otro tipo.
Actualmente, los microorganismos que degradan los desechos sólidos municipales generan gas de vertedero que consiste aproximadamente en un 50 % de metano y un 50 % de CO2. Al comprender el funcionamiento sutil de estos microorganismos, en particular, metanogénicos arqueasque son los verdaderos caballos de batalla en el ciclo de producción de metano: los investigadores esperan aumentar la producción de metano.
El aumento de metano se puede recolectar y utilizar para crear electricidad, combustibles neutros en carbono o para calentar hogares. La última opción es particularmente atractiva ya que no se requeriría un mayor procesamiento del metano. Alternativamente, la modificación de las comunidades microbianas podría usarse potencialmente para limitar la producción de metano, donde se desea la mitigación.
A la caza de arqueas
Los vertederos proporcionan un escenario ideal para el estudio detallado de arqueas, que son notoriamente desafiantes para el cultivo en el laboratorio. Aproximadamente el 80% de la diversidad de arqueas permanece en gran parte sin explorar. «Nuestros laboratorios están realmente interesados en los metanógenos porque el mismo metabolismo que realizan en los humedales, lo que los convierte en la fuente más alta de metano, o en lugar del tracto gastrointestinal humano, lo realizan en los vertederos», dice Reynolds.
Debido a que los metanógenos son organismos unicelulares primitivos, pueden hacer uso igualmente de plantas, materia alimenticia o productos de papel. Si bien el estudio encontró concentraciones de metano similares en su vertedero árido en comparación con otros vertederos, diferentes comunidades de metanógenos están haciendo el trabajo pesado. El estudio demuestra que el comportamiento microbiano también depende de la edad de los residuos sólidos depositados. Los desechos más jóvenes tienen una temperatura más alta en comparación con los desechos más viejos y se degradan de acuerdo con diferentes regímenes. También se ha demostrado que la aridez afecta en gran medida la descomposición de los desechos sólidos a lo largo del tiempo.
«Hay una reestructuración o reorganización de estos microbios de clima árido en los vertederos», dice Reynolds. Las investigaciones futuras tendrán como objetivo aclarar las distinciones en estas comunidades en relación con sus contrapartes templadas y húmedas.
La investigación adicional explorará las comunidades microbianas de los vertederos con mayor detalle, así como el uso de bioestimulantes u otras técnicas que podrían usarse para modificar la producción de metano.
