Producción de enmiendas carbono neutro utilizando alternativas de saneamiento para recuperar y conservar el suelo.

La degradación del suelo afecta la productividad del país, pone en riesgo la seguridad del agua y afecta la calidad de vida de los habitantes. En medio de un confuso marco de acción, actividades como la quema incontrolada de residuos agrícolas en el campo, el vertido clandestino de lodos y residuos sépticos en ríos, entre otras malas prácticas, sumadas a una inexistente legislación para el diseño y construcción de tanques sépticos, facilitan directa e indirectamente la liberación al medio de patógenos, contaminantes atmosféricos nocivos y gases con efecto invernadero, como el metano y el óxido nitroso. Adicionalmente, existe un serio deterioro de los suelos en Costa Rica como resultado del crecimiento descontrolado de los sectores productivos, la desertificación y el uso intensivo de la tierra (CADETI 2000).

El suelo es el principal sumidero de carbono en la litosfera y su capacidad de retenerlo se ve disminuida con su degradación. Alrededor del mundo el suelo contieneaproximadamente 2000 billonesdetoneladasdecarbonoenvariasformas simultáneamente. Cerca de 300 billones de toneladas pueden ser encontradas en materia orgánica en varios grados de descomposición dependiendo de la temperatura y las condiciones del suelo. Las altas temperaturas medias y humedad presentes en el país lo hacen especialmente susceptible al proceso de degradación. Ello repercute negativamente en la meta que tiene el país de mitigar la producción de los gases de efecto invernadero y alcanzar la carbono neutralidad (Kowollik, 2014). La investigación, así como la voluntad política y la educación con un cambio en la cultura, son algunas acciones inmediatas que deben tomarse para evitar disminuir la degradación y procurar un ambiente más limpio.

Costa Rica cuenta de forma casi generalizada (71%) con sistemas individuales de saneamiento para el agua residual doméstica, conocidos como tanques sépticos. Sin embargo, a causa de la ausencia de un marco regulatorio sobre su diseño y construcción, estos han representado desde hace varios años uno de los principales factores de riesgo y focos de contaminación. Medidas sanitarias de bajo costo, como el saneamiento seco de heces humanas, y la mezcla con biocarbón para la producción de Terrapreta (enmiendas tipo carbono neutro), representan una oportunidad de mejora para reducir el impacto ambiental de nutrientes y patógenos, y sirven como un medio para mitigar los gases con aporte al efecto invernadero. La obtención de enmiendas para aumentar la fertilidad y productividad de los suelos, resultado de la integración del saneamiento ecológico y la mezcla de biomasas carbonizadas de la madera, son una oportunidad ambiental y de rentabilidad económica.

Producción y caracterización de biocarbonesa partir de residuos agroindustriales en la región Atlántica, con potencial de uso para la protección ambiental.

La búsqueda de materiales versátiles que puedan llegar a cubrir necesidades ambientales importantes dentro de procesos agrícolas es de suma importancia a nivel mundial. En la zona Caribe de Costa Rica no es la excepción, donde una gran parte de la actividad económica está relacionada con el sector agropecuario. El biocarbón es un material con bajo costo de producción y con una amplia gama de aplicaciones agropecuarias, dentro de las que destacan la producción de mejoradores de suelos, para la remoción de contaminantes y la liberación lenta de nutrientes.

Además, de que la elaboración de los biocarbones permite la valorización de residuos que se generan dentro de los mismos sistemas productivos y, por sus características fisicoquímicas como material adsorbente se convierte en una alternativa viable dentro de la región. Algunos biocarbones podrían servir como adsorbentes de plaguicidas, evitando que parte de ellos sean arrastrados en aguas residuales hacia suelos y cuerpos de agua.

El objetivo del proyecto es la evaluación de biocarbón de origen agrícola, para su potencial utilización en la zona Huetar Atlántica en aplicaciones de control ambiental. Esto con el fin de producir un material que tenga un valor agregado para la comunidad, desde la perspectiva agroambiental, generando conocimientos valiosos que se puedan integrar en etapas posteriores dentro de los procesos productivos de cada emprendimiento de esta zona ya que mucho del conocimiento generado a nivel nacional ha estado dirigido hacia otras regiones del país. En Costa Rica, ha existido un crecimiento en el uso de plaguicidas durante los últimos años, siendo considerado como uno de los mayores importadores de estos, desde 1997. La zona Caribe es un consumidor de plaguicidas importante, y grandes cantidades han sido encontrados tanto en el suelo como cuerpos de agua (Chaves et al., 2007; Vindas et al., 2014; Echeverría-Sáenz et al., 2012). Por esto, la utilización de alternativas eco amigables y de bajo costo es importante para combatir la presencia de estos productos en el ambiente, por lo que la alternativa de la utilización de biocarbones como opción a la resolución de esta problemática, resulta ser una opción sumamente atractiva para evaluar.

Evaluación de la contaminación y el riesgo por metales pesados generados por la industria cementera en Agua Caliente de Cartago. 

El material particulado en suspensión en la atmósfera (PM), es uno de los contaminantes del aire y las PM más finas están relacionados con lesiones cardiopulmonares y difusión sistémica. La fuente de este tipo de contaminante atmosférica está relacionada principalmente con actividades industriales, la fabricación de materiales de construcción y las emisiones del tránsito en carreteras. Su presencia en el aire no solo es importante por ser la causa de diferentes enfermedades en las personas, sino también porque son excelentes acumuladores y transportadores de metales pesados (MPs), que provienen de diferentes fuentes y se movilizan a través de grandes distancias por el aire. Los MPs son bioacumulables en las cadenas tróficas, son no biodegradables y representan un peligro potencial a la salud en animales, plantas y el hombre y su presencia organismo humano está asociado con afecciones de diversa índole.

Las fábricas de cemento utilizan en su proceso combustibles fósiles como fuente primaria de calentamiento; pero también sustancias líquidas combustibles y sólidos inflamables, como plásticos y llantas, con el fin de reducir su alto costo energético. Estos combustibles son fuentes importantes de contaminantes orgánicos, inorgánicos, PM y una variedad grande de MPs. Este tipo de contaminación no es ajeno a nuestro país y los vecinos de Agua Caliente, cercanos a la fábrica de cemento HOLCIM, han reportado problemas de contaminación por más de una década, en los cuales se ha visto involucrado el Ministerio de Salud. A pesar de ello, los problemas persisten tanto para los habitantes de la zona como para los pequeños agricultores ubicados en la cercanía a la fábrica.

El objetivo de esta investigación es medir los niveles de contaminación de MPs a distintas distancias de la fábrica Holcim utilizando métodos químicos de análisis tradicionales, así como métodos proxi de bajo costo, como lo es la medición de propiedades magnéticas en biomonitores. Los resultados y experiencia obtenidos en un proyecto anterior nos confirman que el uso de plantas, polvo urbano y el suelo superficial han demostrado ser un medio adecuado para la recolección y análisis de MPs provenientes del aire. También nos permitirá determinar los diferentes niveles de riesgo que exista con relación a la distancia a la fábrica, tanto para la población urbano como para los agricultores y sus productos con contaminantes que se trasladan a la cadena alimentaria. Con estos resultados, el Ministerio de Salud tendría información pertinente que le permita un trabajo conjunto con la empresa cementera para encontrar soluciones adecuadas que reduzcan este tipo de contaminación que atenta contra la salud humana y vegetal. Este proyecto es importante porque está relacionado con el cumplimiento de metas ODS que el país ha adquirido con organismos internacionales. Específicamente los objetivos 3, 11 y 12; sus metas 3.9, 11.6, 12.4, 12.6 y 12.8 y sus indicadores 3.9.1, 11.6.2, 12.4.1,12.6.1 y 12.8.1.

Lixiviación de contaminantes en los suelos agrícolas y urbanos en la zona de protección de la naciente La Misión, Tierra Blanca de Cartago.

Los procesos físicos, químicos y biológicos del suelo, están interrelacionados y gobiernan el transporte y destino de químicos tales como fertilizantes, agroquímicos y micro contaminantes orgánicos. Optimizar el uso de fertilizantes nitrogenados generando alertas tempranas por medio del monitoreo de nitratos a 1 metro de profundidad utilizando lisímetros de succión en suelos agrícolas o comprender el proceso de adsorción/desorción de micro contaminantes orgánicos en suelos urbanos es primordial para garantizar la protección de las aguas subterráneas. Se estima que en Costa Rica la mayoría del agua para consumo humano proviene de los acuíferos.

El suelo tiene capacidad de filtrar y biorremediar el agua de contaminantes, su capacidad está limitada por condiciones meteorológicas como la precipitación y la evaporación. De conformidad con propiedades físicas del suelo, como la porosidad, conectividad y el contenido de agua, que pueden proveer información sobre la dirección y magnitud del transporte convectivo de los
químicos. A medida que los solutos se mueven en el suelo, su concentración cambia como resultado de la dispersión, determinada por las propiedades fisicoquímicas del químico y la superficie activa de partículas, la estructura de los poros del suelo, el contenido de agua y la velocidad del agua. Los químicos también pueden retenerse en el suelo mediante procesos de
adsorción. La persistencia del químico depende de la tasa de degradación sujeta a procesos de hidrólisis o biodegradación.

En el mundo, el manejo de los fertilizantes nitrogenados ha sido controversial, dada la alta movilidad del nitrato en el suelo y a la discusión sobre posibles implicaciones en la salud. Cuando la concentración del agua subterránea excede 50 mg/L NO3-; por norma los acueductos clausuran las fuentes de agua, lo cual tiene implicaciones sociopolíticas que conducen al desabastecimiento de agua. Esto ocurre en Costa Rica, así como en el exterior. Por su parte los micro contaminantes orgánicos, derivados del uso de fármacos han sido menos estudiados.

Por lo anterior, el presente proyecto tiene el objetivo de describir el proceso de transporte y destino de nitratos y micro contaminantes orgánicos en la zona vadosa de un suelo agrícola y un suelo urbano en La Misión, Tierra Blanca de Cartago. Este estudio es financiado por CONICIT y servirá para el establecimiento de campos para el monitoreo permanente de la lixiviación de contaminantes en varios suelos de Costa Rica.

Obtención de materiales porosos producidos a partir de biopolímeros extraídos de residuos agroindustriales para aplicaciones biomédicas.

Los polisacáridos como el almidón, la celulosa y el carragenato son compuestos orgánicos, biodegradables, de producción sostenible y de bajo costo, obtenidos en muchas ocasiones a partir de residuos agroindustriales. La extracción de biopolímeros se motiva por la creciente demanda del mercado, y la provincia de Cartago tiene 1004 de las 1554 fincas que se dedican al cultivo de de papa en Costa Rica, por lo que, alternativas de que generen valor agregado a dicho producto es de interés para la región.

La micro estructuración de estos materiales permite la fabricación de complejos tridimensionales y biocompatibles que han sido evaluadas como sistemas para la colonización celular in vitro. La síntesis de estas estructuras responde a una necesidad en la búsqueda de estrategias de reparación tisular eficientes. Estos sistemas de andamios tridimensionales inteligentes permiten, además, controlar propiedades biofísicas y bioquímicas, mediante su modificación con materiales conductores y moléculas aniónicas de estimulación celular, de manera que se module el entorno extracelular a través de la estimulación mecánica, eléctrica y bioquímica, impulsando la reprogramación molecular de las células cultivadas en el andamio y favoreciendo su diferenciación a un tejido de interés para su posterior reparación.

En esta propuesta de investigación, se optimizará la síntesis de andamios porosos tridimensionales basados en polisacáridos extraídos a partir de residuos agroindustriales de la zona agrícola de la provincia de Cartago, los cuales serán modificados con un polímero conductor para explorar su aplicación durante la liberación de dosis terapéuticas de biomoléculas que podrían contribuir en la estimulación de células madre mesenquimales humanas, como paso inicial para la síntesis de tejido óseo in vitro y terapias de reparación tisular.

Implementación de un biofiltro para la biorremediación de nitratos en agua para consumo humano del Cantón Central de Cartago en la naciente La Misión

Con el proyecto se pretende disminuir la cantidad de nitratos al agua de consumo de la población que utiliza el agua de la naciente La Misión, la cual abastece el servicio ofrecido por la Municipalidad de Cartago.

Para ello se diseñará y construirá junto al sitio de captación en la comunidad de Banderilla un filtro de lujo ascendente que incluya el biofiltro y filtro posteriores para la biorremediación del agua previo a la cloración.

Paralelamente se hará un rastreo de las posibles fuentes de contaminación del agua y se sensibilizará a las comunidades sobre el uso adecuado de fertilizantes nitrogenados como medidas de mitigación de aportes al agua.

Palabras claves: Biorremediación, biofiltro, agua de consumo humano, nitratos.

• Subárea: Ciencias Químicas

En el proceso de cloración del agua se produce una serie de reacciones químicas entre el cloro utilizado en la desinfección y la materia orgánica presente en el agua a tratar. La naturaleza y concentración de los compuestos formados, son dependientes de variables físico-químicas específicas de la materia orgánica del suelo, los cuales reaccionan originándose productos que son compuestos de diferente toxicidad (desde los muy poco tóxicos hasta los de alta toxicidad), entre ellos mutagénicos y/o carcinogénicos, todos ellos en conjunto se les conoce como productos secundarios de la cloración (SPD). Esta circunstancia le confiere características de riesgo a la población al consumir esta agua.

El proyecto tiene como objetivo correlacionar el tipo de tratamiento del agua como: tratamiento completo (AyA), con filtración y cloración y con solo cloración; y esto con respecto a la naturaleza química del suelo, naturaleza química del producto secundario formado y pruebas de mutagénesis a los productos específicos hallados en el agua de consumo de las poblaciones. A su vez se pretende correlacionar con respecto a la naturaleza química del suelo, un tipo especifico de producto secundario de la cloración (SPD) a formarse, lo cual actualmente no se tiene. Esto toma importancia práctica por cuanto la provincia de Cartago y los cantones al sur de San José presentan alta incidencia y mortalidad en cáncer gástrico en Costa Rica y en el mundo, contrastado con la baja incidencia de cantones de la provincia de Guanacaste, todos estos presentan diferencias significativas en su tipo de suelo.

Palabras claves: Carcinógeno, mutagénesis, agua consumo humano, trihalometanos, tipo de suelo.

• Subárea: Ciencias Químicas

Este  proyecto,  responde a una necesidad del país de contar con una   o varias metodologías de cálculo para la determinación del caudal ambiental considerando las características hidrológicas, las cuales han hecho que históricamente se perciban unas condiciones de relativa abundancia de recurso hídrico. Por esa razón, hasta hace poco tiempo no había existido la necesidad de estudiar a profundidad los requerimientos de caudal ambiental dentro del marco del otorgamiento de concesiones, sin embargo, aproximadamente en los últimos 20 años, esa visión ha cambiado por múltiples causas, una de ellas es el cambio y la intensidad en los usos de la tierra que han aumentado drásticamente la demanda de agua, y en consecuencia han provocado la urgencia de atender las solicitudes de concesión desde un punto de vista de gestión integrada del recurso hídrico.

Previo a este proyecto, ya se ha investigado sobre las metodologías existentes a nivel internacional y se ha validado una metodología hidrológica para una cuenca piloto: subcuenca del Río Birrís. En esta ocasión, se pretende avanzar en la ruta de investigación y elevar el nivel de complejidad, aplicando una metodología hidrobiológica en la subcuenca del Río Pejibaye. El principal resultado esperado de este proyecto es una metodología validada para la determinación de caudal ambiental que sirva de aporte a la gestión que actualmente opera el gobierno de Costa Rica a través de la comisión de caudal ambiental, de la cual el Tecnológico de Costa Rica forma parte.

PALABRAS CLAVE: Caudal Ambiental, Concesión de Agua, Recurso Hídrico, Costa Rica.

Subárea: Ciencias Biológicas, Otras Ingenierías y Tecnologías

Evaluación de alternativas frutícolas amigables con el ambiente para contribuir al desarrollo sostenible de la zona norte de cartago.

La presente propuesta tiene como objetivo fundamental favorecer el proceso de diversificación agrícola de la microcuenca Plantón Pacayas (subcuenca del Río Birrís, cuenca del río Reventazón) en la zona norte de Cartago, evaluando el potencial de frutales no tradicionales como: el higo (Ficus carica), el tomate de árbol (Solanum betaceum) y el membrillo (Cydonia oblonga Mill) bajo un concepto de agricultura amigable con el ambiente. En el caso del higo se dará impulso al incremento de valor agregado de esta fruta favoreciendo la elaboración de productos procesados tales como mermeladas, bocadillos, néctar, higos rellenos cubiertos de chocolate, entre otros. Asimismo, se establecerán parcelas que permitan evaluar el comportamiento agronómico de estos cultivos en la zona, valorando su potencial genético y la posible contaminación con virus del material vegetativo de propagación. Se estimulará la organización de los agricultores (as) y la realización de estudios de mercado vinculados a cada fruta. El proceso de divulgación de la información se hará por medio de publicaciones y la elaboración de otros materiales didácticos.

Palabras claves: Higo, membrillo, tomate árbol, cultivo de tejidos, caracterización, agroindustria, mercadeo.

• Subárea: Ciencias Biológicas

La exposición de un microorganismo a temperaturas superiores a su temperatura máxima de crecimiento ocasiona la muerte celular (Iáñez, 2005). Sin embargo, algunas bacterias como Geobacillus sp., producen estructuras de latencia, denominadas endosporas, que se caracterizan por su elevada resistencia al calor (Iáñez, 2006). El descubrimiento de las mismas fue decisivo para el desarrollo de métodos de esterilización, como el calor húmedo (autoclavado), el cual es ampliamente utilizado a nivel mundial para la esterilización de medios de cultivo, instrumentos y cristalería (Madigan et al., 1998).

La presente propuesta pretende cultivar la cepa G. stearothermophilus ATCC 7953 en un biorreactor de 2.5 litros bajo el sistema “batch”, con el fin de obtener una mayor cantidad de esporas termorresistentes con potencial para ser utilizadas como indicardor biológico en el control de calidad de autoclaves. Esto permitiría, en un futuro, ahorrar costos a nivel institucional e inclusive generar ganancias, si se llegara a comercializar el producto obtenido a nivel nacional, ya que el mismo no se produce en nuestro país.

La actividad de fortalecimiento se llevaría a cabo en el Centro de Investigación en Biotecnología (CIB), el cual cuenta con el equipo necesario para desarrollar el área de bioprocesos con microorganismos, que es una de las áreas prioritarias según el proceso de acreditación de la carrera de Ingeniería en Biotecnología. Esta propuesta representa la oportunidad ideal para generar conocimientos que permitan responder, de manera preliminar, a las necesidades de desarrollo institucional.

Palabras claves: Geobacillus stearothermophilus, endosporas, escalamiento, biorreactor, control de calidad, esterilización, indicadores biológicos.

• Subárea: Ciencias Biológicas