tendències i oportunitats Potencial de la biotecnologia en el tractament de residus

Please download to get full document.

View again

All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
 10
 
  tendències i oportunitats Potencial de la biotecnologia en el tractament de residus Generalitat de Catalunya Departament d Empresa i Ocupació Agència de Suport a l Empresa Catalana, ACC1Ó ACC1Ó Passeig
Related documents
Share
Transcript
tendències i oportunitats Potencial de la biotecnologia en el tractament de residus Generalitat de Catalunya Departament d Empresa i Ocupació Agència de Suport a l Empresa Catalana, ACC1Ó ACC1Ó Passeig de Gràcia, Barcelona Tel.: Realització: Institut Químic Sarrià (IQS) Coordinació: Fundación OPTI i Àrea de Market Intelligence d ACC1Ó Col laboració: Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) Edició: ACC1Ó Maquetació: Addenda Primera edició: Barcelona, desembre de 2011 Aquesta obra està subjecta a la llicència Reconeixement - NoComercial - SenseObraDerivada 3.0 de Creative Commons. Se n permet la reproducció, distribució i comunicació pública sempre que se n citi l autor i no se n faci un ús comercial. No es permet un ús comercial de l obra original ni la generació d obres derivades. La llicència completa es pot consultar a: Índex 1. Introducció 4 2. Metodologia 5 3. Àmbit de la recerca 6 4. Context Internacional Catalunya Tendències globals en les biotecnologies de remediació i tractament de residus Caracterització i viabilitat de les oportunitats amb més potencial de negoci 22 Oportunitats en la gestió i el tractament de residus 23 Oportunitats en la generació de biogàs 26 Oportunitats en el tractament d aigües residuals 28 Oportunitats en la bioremediació de sòls Conclusions 36 Annex I. Bibliografia consultada 37 Annex II. Xarxa europea 39 ACC1Ó 3 tendències i oportunitats 1. Introducció Segons l OCDE, la biotecnologia és l aplicació de la ciència i la tecnologia en els organismes vius, i també a les seves parts i als seus productes i models, amb l objectiu d alterar materials vius o inerts per a la producció de coneixement, béns i serveis. Dins del grup de tècniques relacionades amb la biotecnologia es poden diferenciar les de caràcter més tradicional, com el cultiu de teixits i les tècniques immunològiques de primera generació, i un segon tipus de tècniques més complexes i actuals, normalment de base molecular, com l ADN recombinant, els hibridomes, l ús d enzims de restricció, etc. La biotecnologia abasta diferents àmbits i té una dinàmica expansiva (ja que contínuament sorgeixen noves aplicacions) i un caràcter eminentment internacional. El procés d internacionalització cobra gran importància a l hora de definir les estratègies de negoci de les empreses i és una part clau el sector biotecnològic tant en l àmbit de la investigació i de la transferència científica, com en el del negoci empresarial i la promoció comercial. Aquestes dues característiques (gran dinamisme i internacionalització) fan que la biotecnologia es pugui considerar un sector estratègic per la seva capacitat de transformació dels models productius a Catalunya. L objectiu principal d aquest treball és detectar, en l àmbit de la biotecnologia aplicada a la remediació i al tractament de residus, les oportunitats per al desenvolupament de l R+D+i i de negoci per a la indústria catalana, amb una visió internacional i en un horitzó temporal de cinc a quinze anys, de manera que pugui aportar visions i solucions estratègiques, i servir de suport en la presa de decisions per a l empresa. 4 ACC1Ó Potencial de la biotecnologia en el tractament de residus 2. Metodologia Per a l elaboració de la recerca es van constituir panels formats per professionals de prestigi reconegut procedents dels diferents àmbits (centres d investigació, universitats i empreses) relacionats amb les biotecnologies aplicades a la remediació i el tractament de residus. En la primera reunió del panel es van presentar les tendències tecnològiques detectades durant la fase de síntesi documental. Segons aquestes tendències es va dur a terme un treball de determinació de l impacte possible de la tendència per al sector i de la posició en què es troba aquest i una anàlisi DAFO que va permetre conèixer la posició de partida, fonamental per poder caracteritzar la viabilitat de les oportunitats. L objectiu de la segona reunió del panel d experts ha estat la caracterització de les oportunitats més importants entre les detectades en el primer panel. Per això, es van assignar una sèrie de valors a diverses variables associades a cada oportunitat, de manera que per a cada una es va obtenir una definició segons aquests paràmetres escollits, de manera que al final es va poder assignar a cada una de les oportunitats un grau de viabilitat. ACC1Ó 5 tendències i oportunitats 3. Àmbit de la recerca El marc legal recollit pel Reial decret 9/2005 d àmbit estatal defineix tant les activitats potencialment contaminants com els nivells llindar de concentració de contaminants a partir dels quals s exigeix un estudi de risc i una posterior activitat de descontaminació del sòl. En aquest últim cas, la normativa dóna prioritat a les tecnologies de tractament que evitin la generació i el trasllat dels residus, i es prioritza l eliminació del focus de contaminació i de la utilització de tecnologies de remediació de baix cost. Dins d aquesta categoria es troben les tecnologies de tractament biològic que es basen en l aprofitament de la capacitat dels microorganismes de biodegradar un ampli rang de contaminants. La recerca que es presenta estudia les oportunitats de negoci al voltant de les biotecnologies per a la remediació i el tractament de residus. Atès que el camp que es vol tractar és molt ampli, s ha dividit el camp d estudi en les àrees següents: tractament i gestió de residus processos de generació de biogàs tractament d aigües residuals Bioremediació de sòls D aquesta manera, la recerca integra, majorment, les diferents fases del cicle de vida del residu (figura 1). Això permet una millor comprensió de la funció de la remediació i poder promoure mesures i analitzar oportunitats que siguin globalment més eficients. Figura 1. Cicle de vida d un residu Aire Matèria primera Energia Procés productiu Residus Recuperació o tractament Aigua Terra Productes al mercat 6 ACC1Ó Potencial de la biotecnologia en el tractament de residus La bioremediació es defineix com aquells tractaments de recuperació que degraden contaminants orgànics o disminueixen la toxicitat d altres contaminants inorgànics, com metalls tòxics, per mitjà de l activitat biològica natural, principalment la dels microorganismes, mitjançant reaccions que formen part dels seus processos metabòlics. Aquests tractaments utilitzen bacteris, fongs i plantes per detoxificar les substàncies de risc per a l home i el medi ambient. En general, es pot afirmar que la bioremediació de sòls i aqüífers és una tecnologia ambiental no només incentivada pel marc legal actual, sinó que també és econòmica, ràpida, eficient i sostenible. Perquè els tractaments de biorrecuperació de sòls siguin efectius, no només s ha de tenir en compte factors biològics, com l existència de poblacions microbianes susceptibles de transformar els contaminants, la presència de nutrients i oxigen o d altres acceptors d electrons alternatius, sinó també factors ambientals com el tipus de sòl, la temperatura i el ph. 3. Àmbit de la recerca En forma natural, la biomassa es degrada aeròbiament per acció de bacteris i microorganismes que, depenent de l origen de la matèria orgànica, actuen d una forma o d una altra. D altra banda, en condicions d absència d oxigen, aquest procés finalitza amb l obtenció d un residu humit de difícil degradació i un gas inflamable que es denomina biogàs. El biogàs té un contingut en metà del 50-70%, per la qual cosa el seu potencial energètic és molt elevat. Les tecnologies analitzades en aquesta recerca s inclouen en les conegudes com biotecnologies blanques. La biotecnologia blanca inclou totes les aplicacions relacionades amb la indústria química, els processos industrials de processament de matèries primeres, la generació de teixits biològics, la generació de combustibles (biocombustibles), la biodetergència i la bioremediació. Les biotecnologies blanques són relativament recents, ja que han estat desenvolupades a partir de les dècades de 1970 i ACC1Ó 7 tendències i oportunitats 4. Context 4.1. Internacional Projectes europeus La distribució dels programes europeus per països en relació amb alguna de les paraules clau relacionades amb la bioremediació, continguda en la pàgina web de Cordis la font oficial d informació de les convocatòries de propostes del Setè Programa Marc (7PM), ofereix els resultats recollits a la taula següent: Taula 1. Distribució de projectes europeus de bioremediació per països País Nombre de projectes europeus País Nombre de projectes europeus Regne Unit 25 Grècia 6 Itàlia 15 Irlanda 6 Alemanya 13 Dinamarca 5 Holanda 12 Israel 4 França 11 Noruega 4 Espanya 11 Suïssa 2 Bèlgica 9 Altres 8 Al seu torn, a la taula 2, es presenta la distribució per països dels projectes europeus vinculats al biogàs. Taula 2. Distribució de projectes europeus de biogàs per països País Nombre de projectes europeus País Nombre de projectes europeus Dinamarca 32 Espanya 11 França 25 Àustria 10 Itàlia 24 Portugal 6 8 ACC1Ó Potencial de la biotecnologia en el tractament de residus Regne Unit 20 Irlanda 4 Holanda 17 Altres 8 Bèlgica Context En ambdós casos, s observa el lideratge del Regne Unit, Alemanya, Itàlia, França i Itàlia (i Dinamarca en el cas del biogàs). Espanya es troba en una posició relativament favorable. Publicacions científiques Respecte a la publicació d articles científics, la base de dades Web of Knowledge subministrat per l Institut d Informació Científica (Institute for Scientific Information, ISI), grup integrat a Thomson Reuters, inclou els índexs Science Citation Index i Social Science Citation Index. El gràfic següent presenta l evolució en el temps, des de 1987 fins a 2010, de la publicació d articles científics amb la paraula clau bioremediation. En aquest període, s han publicat un total de articles. Gràfic 1. Relació cronològica de publicacions científiques relacionades amb la bioremediació També es presenta la relació dels deu països amb més producció d articles científics en aquest àmbit. ACC1Ó 9 tendències i oportunitats 4. Context Taula 3. Relació dels deu països amb més producció d articles de bioremediació País Total articles % del total Estats Units ,67 Canadà 658 6,45 Índia 574 5,62 Xina 562 5,51 Alemanya 537 5,26 Regne Unit 463 4,53 Japó 401 3,93 Itàlia 363 3,56 Espanya 307 3,01 França 304 2,98 En relació amb els articles lligats al biogàs, s obté el següent gràfic cronològic, amb un total de publicacions científiques. Gràfic 2. Relació cronològica de publicacions científiques relacionades amb el biogàs La distribució d aquests articles segons el seu país d origen es presenta a la taula següent: 10 ACC1Ó Potencial de la biotecnologia en el tractament de residus Taula 4. Relació dels deu països amb més producció d articles científics sobre el biogàs País Total articles % del total Índia ,73 Alemanya 417 8,88 4. Context Estats Units 416 8,86 Xina 305 6,49 Espanya 208 4,43 Itàlia 193 4,11 Canadà 181 3,85 Suècia 160 3,41 Dinamarca 157 3,43 Regne Unit 156 3,32 Espanya té una posició competitiva important, ja que està entre els deu països amb més publicacions en els àmbits de la bioremediació i el biogàs. A banda dels països tradicionalment avançats des d un punt de vista científic, destaquen en aquests dos àmbits també les posicions de l Índia i la Xina. Patents existents Finalment, s ha dut a terme una anàlisi de les patents publicades al voltant de les tendències estudiades. Aquesta anàlisi s ha realitzat mitjançant l ús de la base de dades de l Organització Mundial de la Propietat Intel lectual (WIPO). Les dades obtingudes es corresponen a les patents presentades sota el Tractat de cooperació en matèria de patents (PCT). Biogàs A continuació es presenten els resultats de la recerca del terme biogàs en el títol de les patents presentades fins al gener de En el gràfic 3 es presenta l evolució del nombre de patents presentades des de En el gràfic 4 es presenta distribució de les patents segons el país d origen. Finalment, a la taula 5 es presenten les quinze principals organitzacions que han presentat patents del tema analitzat. ACC1Ó 11 tendències i oportunitats 4. Context Gràfic 3. Gràfic de publicació de patents de biogàs des de ,0 252,0 189,0 126,0 83,0 0, Gràfic 4. Procedència de les patents Altres 23% Suècia 3% Canadà 3% Xina 3% Itàlia 3% Regne Unit 4% Dinamarca 5% Holanda 6% Alemanya 23% Estats Units 27% El 50% de les patents procedeixen dels Estats Units i Alemanya. Altres països destacats són Holanda, Dinamarca, el Regne Unit, Itàlia, la Xina, el Canadà i Suècia. 12 ACC1Ó Potencial de la biotecnologia en el tractament de residus Taula 5. Principals organitzacions sol licitants de patents de biogàs Primer sol licitant/beneficiari IAs 1 Nanologix, Inc GM Global Technology Operations, Inc Context 3 Basf SE 18 4 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung EV 13 5 Novozymes, Inc Shell Oil Company 12 7 UOP LLC 12 8 Exxonmobil chemical Patents, Inc E.I. du Pont de Nemours and Company DSM IP Assets BV 9 11 DGE DR.-ING. Günther Engineering GMBH 9 12 Siemens Aktiengesellschaft 8 13 Albemarle Corporation 8 14 Ion America Corporation 8 15 Bloom Energy Corporation 7 Tractament biològic d aigües residuals A continuació es presenten els resultats de la recerca del terme tractament biològic d aigües residuals en el títol de les patents presentades fins al gener de En el gràfic 5 es presenta l evolució del nombre de patents presentades des de En el gràfic 6 es presenta distribució de les patents segons el país d origen. Finalment, en la taula 6 es presenten les quinze principals organitzacions que han presentat patents del tema analitzat. ACC1Ó 13 tendències i oportunitats 4. Context Gràfic 5. Publicació de patents de tractament biològic d aigües residuals des de ,0 72,0 54,0 36,0 18,0 0, Gràfic 6. Procedència de les patents Altres 20% Israel 2% Holanda 2% Japó 3% Dinamarca 3% Suècia 3% Austràlia 3% Estats Units 46% Canadà 5% Regne Unit 4% Corea del Sud 7% Novament, els Estats Units presenten el 46% de les patents. El segueixen a molta distància Corea (7%) i el Regne Unit (6%). 14 ACC1Ó Potencial de la biotecnologia en el tractament de residus Taula 6. Principals organitzacions sol licitants de patents de tractament biològic d aigües residuals Primer sol licitant/beneficiari IAs 1 Siemens Water Technologies Corp Council of Scientific and Industrial Research Context 3 Ebara Corporation 8 4 Zenon Environmental Inc. 7 5 Pyung Kang Special Vehicle Co.,Ltd. 6 6 Saudi Arabian Oil Company 5 7 E.I. du Pont de Nemours and Company 5 8 Dow Global Technologies Inc. 5 9 Texaco Development Corporation 5 10 Xyleco, Inc Nalco Company 4 12 Kurita Water Industries Ltd CH2M Hill, Inc 4 14 SCF Technologies A/S 3 15 Hercules Incorporated 3 Tractament biològic de sòls A continuació es presenten els resultats de la recerca del terme tractament biològic de sòls al títol de les patents presentades fins al gener de En el gràfic 7 es presenta l evolució del nombre de patents presentades des de En el gràfic 8 es presenta distribució de les patents segons el país d origen. Finalment, en la taula 7 es presenten les quinze principals organitzacions que han presentat patents del tema analitzat. ACC1Ó 15 tendències i oportunitats 4. Context Gràfic 7. Gràfic de publicació de patents de tractament biològic de sòls des de ,0 24,0 16,0 8,0 0, Gràfic 8. Procedència de les patents Altres 20% Suècia 2% Dinamarca 2% Israel 2% Austràlia 3% Regne Unit 3% Holanda 4% Estats Units 54% Corea del Sud 5% Canadà 5% Més de la meitat de les patents procedeixen dels Estats Units. 16 ACC1Ó Potencial de la biotecnologia en el tractament de residus Taula 7. Principals organitzacions sol licitants de patents de tractament biològic de sòls Primer sol licitant/beneficiari IAs 1 Pyung Kang Special Vehicle Co., Ltd Shell Internationalle Research Maatschappij BV Context 3 Xyleco, Inc. 8 4 Envirogen, Inc. 7 5 Sasol Technology (PYT), Ltd. 6 6 Allied-Signal, Inc. 5 7 Bion Technologies, Inc. 5 8 Council of Scientific and Industrial Research 5 9 E.I. du Pont de Nemours and Company 5 10 Verenium Corporation 4 11 Hewlett-Packard Development Company 4 12 Khudenko, Boris M Stuth, William L H & H Eco Systems, Inc H2O Technologies, Ltd Catalunya Segons l Informe BIOCAT 2009, el nombre d empreses a Catalunya que tenen activitat en biotecnologies blanques, com a proveïdors de productes o serveis, és relativament petit, 17,6%. Aquesta línia d investigació té poc pes en els centres de recerca, ja que es porta a terme en el 27,5% dels centres. No obstant això, el nombre potencial d empreses usuàries d aquestes biotecnologies és elevat i, per tant, també ho és el mercat que s obre davant d elles. Tanmateix, el nombre d empreses de bioremediació en concret a Catalunya significa únicament el 3% del total d empreses biològiques. ACC1Ó 17 tendències i oportunitats 5. Tendències globals en les biotecnologies de remediació i tractament de residus Mitjançant una anàlisi bibliogràfica s han determinat les següents tendències tecnològiques globals en la utilització de biotecnologies per a la remediació i el tractament dels residus: Núm. Biogàs Producció de biogàs en un reactor de mescla completa sense recirculació: BG1 L influent ingressa a la zona de digestió. en la superfície es forma una capa d escuma afavorida pel gas que puja arrossegant fang i flotants. es purguen periòdicament sobrenedant i fang digerit. BG2 BG3 Producció de biogàs en un reactor de mescla completa amb recirculació: per a mesclar el contingut del digestor i per a trencar o evitar les crostes que es puguin formar, s utilitzen agitadors mecànics i/o la recirculació del biogàs. Producció de biogàs en un reactor de filtre anaerobi de flux ascendent. Producció de biogàs en un reactor de mantell de fangs i flux ascendent (UASB): BG4 tecnologia basada en l acumulació de microorganismes en un digestor amb decantació interna. L aigua residual que s ha de tractar entra repartida per tota la superfície inferior del digestor i travessa en flux ascendent un llit de partícules bacterianes agregades en expansió pel biogàs produït. Producció de biogàs en un reactor de llit fluïditzat: BG5 Fluïdització: moviment lliure de les partícules del llit en relació amb les altres. L expansió és 30%, i pot arribar al 100%. Per aconseguir-ho és necessari recircular part de l efluent. BG6 Producció de biogàs en digestor discontinu: no hi ha dispositius de mescla. La càrrega es realitza de forma discontínua. El digestor es carrega amb l influent i es tanca. A partir d aquest moment comença el procés degradatiu. 18 ACC1Ó Potencial de la biotecnologia en el tractament de residus BG7 Condicionament del biogàs: eliminació del CO 2. BG8 Condicionament del biogàs: eliminació del H 2 S. BG9 Valorització del biogàs per a la generació d energia elèctrica a moto generadors. BG10 Valorització del biogàs per a la generació d energia elèctrica a microturbines. BG11 Depuració i ús directe com a combustible a calderes de biogàs. BG12 Depuració i ús directe com a combustible per injecció a la xarxa de gas natural. BG13 Ús directe com a combustible d automoció. Recerca i desenvolupament en la millora de sistemes de producció de biogàs a partir de BG14 diverses fonts com llots d estacions depuradores d aigües residuals, residus agroindustrials, residus de ramaderia intensiva, abocadors controlats de residus sòlids urbans. Codigestió. BG15 Desenvolupament de tècniques de cultiu agrícoles i forestals destinades a la producció eficient de biomassa per al seu aprofitament energètic. Núm. Tractament d aigües TA1 Procés biològic aerobi amb un cultiu en suspensió: Fangs activats. TA2 Procés biològic aerobi amb un cultiu en suspensió: Fangs activats operant amb ventilació prolongada. TA3 Procés biològic aerobi amb un cultiu en suspensió: Fangs activats operant amb contacte i estabilització. 5. Tendències globals en les biotecnologies de remediació i tractament de residus TA4 TA5 TA6 TA7 TA8 TA9 TA10 Procés biològic aerobi amb un cultiu en suspe
Related Search
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks