Para empezar vea el siguiente vídeo En qué consiste el proceso de ingeniería.
Los ingenieros ambientales diseñan productos y procesos elaborados de forma respetuosa con la Tierra. Investigaremos formas de proporcionar energía sin utilizar combustibles fósiles que son perjudiciales para el medio ambiente. ¿Cuáles son las fuentes de energía alternativa posibles que podemos utilizar? (Respuestas posibles: energía solar, eólica, hidráulica, nuclear o biomasa). Nos vamos a centrar en la energía solar. Algunos ingenieros han creado coches o casas que, mediante paneles solares, generan electricidad. ¿Alguien sabe cómo podemos captar la energía solar para poder utilizarla en un coche? Una pista: se utiliza un modo natural de almacenamiento de la energía solar que después podremos poner en el coche como si fuera gasolina. La respuesta es biocombustibles.
El biocombustible es una forma renovable de combustible que los ingenieros bioquímicos han creado a partir de material biológico como las plantas. Estos ingenieros han encontrado una manera de convertir el almidón y el azúcar del maíz y otras plantas en un combustible llamado etanol. Con la tecnología actual, el etanol sólo puede ser elaborado eficazmente a partir de la parte comestible del maíz. No obstante, los ingenieros bioquímicos investigan nuevos modos de utilizar también las partes no comestibles, como las hojas del maíz, que primero deben convertirse en almidón para poder ser utilizadas. Ésta sería una forma estupenda de utilizar toda la biomasa que queda después de cosechar el maíz.
Pero, seguro que os estáis preguntando qué tiene esto que ver con la energía solar. Bien, en lugar de convertir la energía solar en electricidad directamente, igual que las placas solares, las plantas convierten la energía del sol en azúcares y almidón, en definitiva, en el alimento que necesitan. La planta realiza este proceso a través de la fotosíntesis. La clorofila de las hojas de la planta utiliza la energía del sol para transformar el dióxido de carbono y el agua en glucosa y oxígeno. Después, en una biorrefinería, la glucosa se mezcla con una enzima que se encuentra en la levadura para poder transformarla en etanol, que proporciona la energía química necesaria para poner en marcha los coches.
Azúcar + Enzima procedente de la levadura = Etanol + Dióxido de carbono
Hoy en día muchos tipos diferentes de ingenieros colaboran para crear energías alternativas, como el biocombustible llamado etanol. Por ejemplo, ingenieros bioquímicos investigan el proceso de transformación del maíz y otras plantas en etanol. Los bioingenieros alteran la composición genética de las plantas para que sean más eficaces como materia prima para el proceso de biorrefinería. Los ingenieros mecánicos diseñan las máquinas que cosechan las plantas y las transforman en etanol.
Es importante saber que hay otros tipos de ingenieros que utilizan las plantas para realizar otros procesos además de la producción de biocombustible. Los ingenieros civiles utilizan las plantas como agentes purificadores en procesos de tratamiento biológico de las aguas. Muchas plantas de tratamiento dependen de lagunas naturales o artificiales de flora y fauna para la eliminación de contaminantes antes de su liberación en el medio ambiente. Al mismo tiempo, ingenieros ambientales están desarrollando maneras de sembrar los océanos de algas. La fotosíntesis que realizan las algas elimina el CO2de la atmósfera, una forma estupenda de combatir el calentamiento global. (Las algas también se pueden utilizar para producir biocombustibles). Estas son tan solo algunas de las formas en las que los ingenieros utilizan organismos vivos para aplicaciones profesionales con el objetivo de diseñar tecnologías que hagan nuestra vida más cómoda y sostenible.
Aunque los biocombustibles son menos perjudiciales que los combustibles fósiles, también tienen desventajas. Por ejemplo, para cultivar maíz con el fin de producir etanol, los agricultores utilizan fertilizantes potencialmente dañinos además de combustibles fósiles para mover la maquinaria, como los tractores. Además, el uso de maíz para combustible, en lugar de como alimento, puede desembocar en problemas de seguridad alimentaria debido a la cantidad de alimento disponible y a la subida de los precios de los alimentos cuando escasea la cantidad de dicho alimento. Asimismo, el espacio de tierra destinado al cultivo de biomasa para biocombustible podría necesitarse para otras cosas como la producción de alimentos. Aunque el maíz es hoy en día una fuente de biocombustible que recibe amplia publicidad, hay otras plantas como la hierba switchgrass (o pasto varilla) o la hierba cortada, que podrían ser incluso más respetuosos con el medio ambiente. El pasto varilla no se utiliza como alimento y apenas necesita fertilizante a la vez que contiene suficiente azúcar que lo hace viable como fuente de combustible. Es interesante saber que aunque en la producción de etanol se libera CO2, este CO2 es absorbido por la siguiente generación de plantas. Este ciclo evita que el CO2se convierta en un problema.
En esta unidad didáctica diseñaremos un experimento para comparar la cantidad de etanol que se produce en la fermentación de diversos materiales orgánicos como maíz, hierba y frutas. Investigaremos acerca de las ventajas y desventajas del cultivo y proceso de estos materiales en el uso de biocombustibles. Por último utilizaremos la información del experimento e investigación para diseñar una planta de biorrefinería.
