12.5.1 Biodegradación
Debido a que los componentes del biodiesel se biodegradan más fácilmente que los combustibles fósiles, pueden degradarse rápidamente en los medios acuáticos (Zhang et al., 1998). En general, aunque la relación directa del grado de insaturación de los ésteres de ácidos grasos y la degradación del biodiésel aún no está clara, un alto grado de insaturación hace que el biodiésel sea químicamente menos estable, por lo que la oxidación y posterior degradación es más favorable (DeMello et al., 2007). La tasa de biodegradación de los ésteres de ácidos grasos con diferentes números de carbono tampoco tiene reglas consistentes (Miller y Mudge, 1997; DeMello et al., 2007), y algunos investigadores han informado de que el agua contaminada con biodiésel se degradó sustancialmente en 2 días (Prince et al., 2008).
Para el biodiésel y las mezclas de diésel, se han comparado las tasas de biodegradación de los ésteres de ácidos grasos y los hidrocarburos del diésel, y también se comparó la contribución del biodiésel a la biodegradación del diésel. Se han sugerido diversas conclusiones. Algunos investigadores han descubierto que la presencia de biodiésel no acelera la biodegradación de los hidrocarburos (DeMello et al., 2007; Owsianiak et al., 2009; Corseuil et al., 2011). Por ejemplo, la degradación de benceno y tolueno en condiciones anóxicas e hipóxicas se vio obstaculizada por la presencia de biodiésel (Corseuil et al., 2011). Los autores dedujeron que la viscosidad relativamente alta del biodiésel limitaba el potencial de migración de los hidrocarburos objetivo, lo que daba lugar a su proceso de atenuación natural relativamente lento. DeMello et al. (2007) también descubrieron que los FAME se degradaban aproximadamente al mismo ritmo que los n-alcanos, y más rápidamente que otros componentes de hidrocarburos con microcosmos aeróbicos de agua de mar; los residuos extraídos de estos diferentes microcosmos eran indetectables en semanas en el agua. Algunos investigadores (Prince et al., 2008) han comprobado que la degradación de los FAMEs y del hidrocarburo diésel en el B20 era extremadamente rápida, y las vidas medias de biodegradación de los FAMEs en las mezclas de B20 estaban en el mismo rango que las de los alcanos. Recientemente se evaluó la biodegradación de las fracciones de hidrocarburos alifáticos y aromáticos en microcosmos de arena saturada con mezclas de diésel/biodiésel (Lisiecki et al., 2014). Se encontró que los grados de biodegradación de los hidrocarburos alifáticos y aromáticos no se vieron afectados por la adición de biodiésel, independientemente de la concentración de biodiésel. Por lo tanto, los autores afirmaron que la mezcla con biodiésel no afectaba a la biodegradación a largo plazo de fracciones específicas del gasóleo.
Sin embargo, algunos investigadores han informado de la biodegradación facilitada de los hidrocarburos cuando los FAMEs estaban presentes, indicando que el biodiésel afecta a la biodegradación en la forma de transformación cometabólica de los hidrocarburos (Zhang et al., 1998; Mudge y Pereira, 1999; Pasqualino et al., 2006). La contribución del biodiésel a la biodegradación del diésel sugiere que la presencia de biodiésel podría facilitar la biodegradación de algunos hidrocarburos del petróleo debido a la promoción del crecimiento microbiano (Miller y Mudge, 1997; Mudge y Pereira, 1999), y también al aumento de la solubilidad de los hidrocarburos del alquitrán de hulla y la biodisponibilidad (emulsión) (Taylor y Jones, 2001), especialmente cuando el contenido de biodiésel era mayor (Pasqualino et al., 2006). La conclusión es que la transformación cometabólica de los hidrocarburos puede ser responsable de la mayor biodegradación global de la mezcla en presencia de biodiésel. Basándose en este fenómeno, el biodiésel se ha utilizado como disolvente biológico para la remediación de lugares contaminados por petróleo crudo (Taylor y Jones, 2001; Fernádez-Álvarez et al., 2007). Por ejemplo, el biodiésel podría utilizarse para la limpieza de costas contaminadas con residuos de crudo tras el vertido del petrolero Prestige, no sólo disolviendo los residuos de petróleo de las rocas, sino también potenciando la biodegradación de algunos hidrocarburos residuales. Recientemente, se empleó un sistema simulado para investigar el efecto y el mecanismo del biodiésel en la eliminación del petróleo de las costas (Xia et al., 2015). Descubrieron que la aplicación de biodiésel a los guijarros contaminados con petróleo crudo era eficaz para desprender el petróleo residual de los guijarros, cuando los degradadores de hidrocarburos estaban ausentes. La reposición de biodiésel o de nutrientes aumentó la cantidad de degradadores de petróleo y la actividad microbiana en el agua de mar y disminuyó la vida media de la biodegradación del petróleo.
Para entender la biodegradabilidad de las mezclas de biodiésel y gasóleo en climas fríos, se investigó el efecto de la temperatura en la degradación del gasóleo de calefacción, el biodiésel puro de pescado y las mezclas de biodiésel por parte de microorganismos naturales en arena contaminada del interior de Alaska (Horel y Schiewer, 2011). Se descubrió que el biodiésel y sus mezclas mostraban una mayor biodegradabilidad que el diésel puro; las tasas de biodegradación aumentaban con la temperatura y el porcentaje de biodiésel; y la fase de latencia era más corta a 20 °C que a 5 °C. Recientemente, los mismos investigadores (Horel y Schiewer, 2014) también estudiaron la influencia de los inóculos con exposición previa a los hidrocarburos en las tasas de biodegradación del diésel, el diésel sintético y el biodiésel de pescado en el suelo. Encontraron que los diferentes inóculos no tenían un efecto pronunciado en las constantes de velocidad de la fase retardada o exponencial. El principal beneficio de proporcionar un inóculo específico era acortar la fase de retardo. Sin embargo, el efecto del inóculo pasó a ser menor después de que la respiración diaria alcanzara su punto máximo. En conclusión, las comunidades microbianas autóctonas fueron capaces de degradar los contaminantes en el suelo, y no fue necesario añadir un inóculo específico. La biodegradabilidad del biodiésel y de sus mezclas con diésel en el suelo fue examinada por los microorganismos indígenas en experimentos de microcosmos de suelo forestal (Silva et al., 2012). En este estudio, se observó que el biodiésel era más biodegradable que el diésel en el suelo contaminado. El mayor nivel de biodiésel en las mezclas favoreció la descomposición biológica del diésel. Los microbios del suelo degradaron especialmente bien el B20 y el B100; sin embargo, el B50, aunque se degradó mejor que el diésel puro, fue inferior a las otras dos mezclas. A pesar de su degradación, el biodiésel puro afectó negativamente a la diversidad de la comunidad microbiana, tanto en el recuento de heterótrofos como en el número de bandas. Del mismo modo, el consorcio bacteriano seleccionado, junto con los macronutrientes añadidos al sistema, ha demostrado ser eficaz para acelerar la biodegradación del biodiésel puro en un oxisol, y la presencia de biodiésel aumentó la biodegradación del diésel de petróleo (Meyer et al., 2014).