Ingeniería Biológica Retos del siglo XXI para las Tecnologías Biológicas CATEDRA ESPECIAL DE SEDE: “ENTRE ARTEFACTOS E IDEAS: 150 AÑOS DE INGENIO” SEMINARIO : “QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA: UNA INTERACCIÓN EN AVANCE CONTINUO” RUBÉN DARÍO GODOY SILVA Septiembre 1 de 2011
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Ingeniería BiológicaRetos del siglo XXI para las Tecnologías Biológicas
CATEDRA ESPECIAL DE SEDE: “ENTRE ARTEFACTOS E IDEAS: 150 AÑOS DE INGENIO”
SEMINARIO : “QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA: UNA INTERACCIÓN EN AVANCE CONTINUO”
Creando Tecnologías Biológicas desde el descubrimiento hasta el diseño
4INTRODUCCIÓN
� Do you want to make poop smell like peppermint or bananas?� Do you want to work with stem cells in your introductory lab course?� Do you want to know how to manipulate biological systems for your
own diabolical purposes?� Have you ever wondered how Tylenol works?� Have you ever wanted to make a turtle moo?� Have you ever wanted to make surgical tools?
� Do you want to combine your interest in biology with your wicked engineering skills?
� Do you like to think of the body as a machine?� Do you want to engineer life?
THEN, YOU SHOULD CONSIDER DISCOVERING BIOENGINEERING AT MIT!
Biomímica: Imitación de la NaturalezaLeonardo Da Vinci (1452-1519): Esquema de máquinas voladoras. No
exitosas.
6INTRODUCCION
Vida: Evolución de 3800 millones de años
• Desarrollo de modelos exitosos por prueba y error.• No necesariamente los más eficientes u óptimos• Necesidad de entender el concepto subyacente para adaptarlo y mejorarlo.•“Domesticar” la naturaleza ≠ Hacer ingeniería a la naturaleza
7INTRODUCCION
Vida artificial: Synthia. Junio 3 de 2010. 850 Genes.
Microprotuberancias: Papilas de células epidermales. Inestables por microgotas, condensación, ondas o inhomogeneidad de la superficie
33ARQUITECTURA/TEXTILES
EFECTO LOTO – Estructura Jerárquica
Superficie rugosaLíquido
Sólido
Aire
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Sólido
Aire
Aire
Líquido
Sólido
Aire
Aire
Líquido
Nanoprotuberancias: Túbulos cristalinos cerosos, mezcla de nonacosano – 10 –ol y nonacosanodiol (C29). Soluciona el problema de microgotas, condensación Z
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34ARQUITECTURA/TEXTILES
EFECTO LOTO - Textiles
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35ARQUITECTURA/TEXTILES
EFECTO LOTO – Textiles
• El efecto Loto se podría imitar si se pudiese crear una superficie rugosa y cerosa (hidrofóbica).
• Patentado alrededor de 1980
• Multinacional alemana Sto AG: Pintura de exteriores StoLotusan
EFECTO LOTO – Textiles - Ropa superhidrofóbica a prueba de suciedad
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• NanoCare – NanoTex (David Soane, Alemania)
Basado en polimero hidrocarbonado.Pequeños “bigotes” similares a un durazno
•Schoeller Textil AG (Suiza)Basado en nanoesferas de silica o polímero
•NanoCare AG (Alemania)www.nanocare-ag.com/textilien/Basado en SiO2Inerte, invisible, permanente, resistente a T, aplicación simple, resistente al lavado y a químicos
�Escasez de agua seráun enorme problema en el siglo XXI – “ONU statement on water crisis” - 2006.�Desalinización por destilación flash o por membranas. �Aún demasiado $�Jebel-Ali. (Emiratos Arabes). 300 millones m3/año.
41AGUA POTABLE
�Solución a corto plazo: tratar y recircular agua residual.�Problema:
Sólida (carbón) Líquida (Petróleo)Gaseosa (Gas natural)ENERGÍAS NO
RENOVABLES
ENERGÍASRENOVABLES
Energía fósil
Energía nuclear
Energía solar (el sol)Energía eólica (los vientos)Energía hidráulica (corrientes agua)Energía mareomotriz (mares)Energía geotérmica (calor de la Tierra)Energía undimotriz (las olas)
Permanentes
Temporales Biocombustibles
54ENERGIA
Oferta mundial de energía según combustible (IEA, 2009)
Emisiones de CO2 mundiales según combustible
(IEA, 2009)
55ENERGIA
Ventajas y desventajas de los biocombustibles
Ventajas•Ciclo cerrado del carbono
Desventajas•Uso en casos limitados•Empleo de terrenos extensivos•Competencia con el sector alimenticio•Impacto negativo en la biodiodiversidad•Capacidad calorífica menor que combustibles fósiles
56ENERGIA
BIODIESEL DE MICROALGASComparación de algunas fuentes de biodiesel para suplir el 50% de la demanda anual de E.U.
Cultivo Rendimiento
aceite (L/ha)
Tierra necesaria
(Mha)
Porcentaje área
cultivable en EU
Maíz 172 1540 846
Soya 446 594 326
Canola 1190 223 122
Jatropha 1892 140 77
Coco 2689 99 54
Palma 5950 45 24
Microalga 70% rend 136900 2 1,1
Microalga 30% rend 58700 4,5 2,5
57ENERGIA
HIDRÓGENO DE MICROALGAS
• El H2 se produce gracias a la hidrogenasa, la cual funciona anaeróbicamente.
• La producción de H2 por microalgas fue descubierto por Hans Gaffron en 1939
• Algunas microalgas que pueden hacer esto son Chlamydomonas reinhardtii, Chlorella fusca y Scenedesmus obliquus
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PREGUNTAS?
GRACIAS
Ingeniería BiológicaCreando Tecnologías Biológicas desde el descubrimiento hasta el diseño