El cambio climático está modificando las condiciones en las que producimos alimentos y energía. Las sequías prolongadas, las temperaturas extremas, las nuevas presiones de plagas y los cambios en las precipitaciones obligan a buscar soluciones que permitan mantener la producción y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. En este contexto, la biotecnología puede contribuir a adaptar los cultivos, aprovechar residuos orgánicos y producir energía renovable.
Desde el desarrollo de variedades vegetales más resistentes hasta la utilización de microorganismos para producir biogás, existen aplicaciones concretas que ya se utilizan o se encuentran en distintas etapas de desarrollo. No obstante, es importante separar las soluciones disponibles de las tecnologías experimentales y evaluar los resultados de cada proyecto.
¿Qué es la biotecnología aplicada al cambio climático?
La biotecnología utiliza organismos vivos, células, enzimas o procesos biológicos para desarrollar productos y tecnologías. En la agricultura y la energía, puede ayudar a modificar características de los cultivos, mejorar la disponibilidad de nutrientes, transformar residuos en combustibles y reducir algunas emisiones.
Sus aplicaciones relacionadas con el clima se pueden agrupar en dos grandes objetivos:
Producir en condiciones difíciles
Desarrollar cultivos que toleren mejor determinados niveles de sequía, calor, salinidad o enfermedades, según la especie y la variedad.
Reducir las emisiones
Utilizar microorganismos, enzimas y biomasa residual para aprovechar recursos, producir energía y disminuir determinadas emisiones frente a una alternativa convencional.
Ambos objetivos están relacionados, pero no son equivalentes. Un cultivo resistente a la sequía puede ayudar a mantener una cosecha, mientras que una planta de biogás puede evitar emisiones si captura metano que de otro modo escaparía a la atmósfera. Cada intervención debe evaluarse según su función concreta.
1. Cultivos resistentes a la sequía y al calor
Una de las aplicaciones más conocidas de la biotecnología agrícola consiste en desarrollar variedades capaces de mantener un rendimiento aceptable bajo condiciones ambientales adversas. La investigación estudia cómo las plantas absorben agua, regulan la pérdida de humedad, protegen sus células frente al calor y responden al estrés.
Para ello se utilizan diferentes métodos, desde el mejoramiento convencional y la selección asistida por marcadores hasta la ingeniería genética y la edición del genoma mediante herramientas como CRISPR.
¿Cómo pueden ayudar estos cultivos?
- Mejor uso del agua: seleccionar plantas que mantengan funciones esenciales durante periodos de disponibilidad hídrica limitada.
- Tolerancia al calor: investigar mecanismos que protejan el desarrollo, la floración y la formación de frutos bajo temperaturas elevadas.
- Estabilidad de la cosecha: reducir la probabilidad de pérdidas extremas cuando se presentan condiciones adversas.
- Resistencia a enfermedades: desarrollar variedades que respondan mejor a determinadas plagas o patógenos, cuando estos rasgos pueden mejorarse mediante métodos adecuados.
¿Qué cultivos podrían beneficiarse?
Los programas de investigación trabajan con cereales, legumbres, hortalizas, frutales y otros cultivos. Sin embargo, la respuesta depende de la especie y del problema climático que se busca resolver.
En Chile, por ejemplo, la fruticultura de exportación puede verse afectada por la disponibilidad de agua, las olas de calor y los cambios en las condiciones de producción. La biotecnología podría complementar el desarrollo de variedades adaptadas, junto con riego eficiente, manejo del suelo y planificación agrícola.
En cultivos como el trigo, el maíz o las legumbres, la investigación también busca comprender los mecanismos genéticos que intervienen en la respuesta al estrés hídrico y térmico.
2. Biofertilizantes y microorganismos beneficiosos para el suelo
El suelo contiene comunidades de bacterias, hongos y otros organismos que participan en el ciclo de los nutrientes y en las interacciones con las raíces. Algunos microorganismos pueden ayudar a las plantas a obtener determinados nutrientes o a tolerar ciertas condiciones de estrés.
Los biofertilizantes son productos que contienen microorganismos vivos destinados a favorecer la nutrición vegetal. No deben confundirse con cualquier fertilizante orgánico ni con todos los productos comercializados como bioestimulantes.
Fijación biológica del nitrógeno
Ciertas bacterias pueden transformar el nitrógeno atmosférico en formas que las plantas pueden aprovechar. Esta capacidad es especialmente relevante en las leguminosas, como los porotos, las lentejas y la soya, que pueden establecer asociaciones con bacterias fijadoras de nitrógeno.
Cuando estas asociaciones funcionan correctamente, pueden reducir la necesidad de aportar fertilizantes nitrogenados sintéticos al cultivo. El resultado depende de la compatibilidad entre la planta y el microorganismo, las condiciones del suelo y el manejo agrícola.
Solubilización de nutrientes y desarrollo radicular
Algunos microorganismos facilitan la disponibilidad de fósforo y otros nutrientes, mientras que otros pueden influir en el desarrollo de las raíces o en las respuestas de la planta al estrés. Estas funciones se estudian para mejorar el uso de recursos y complementar la fertilización convencional.
¿Cómo ayudan al clima?
- Pueden mejorar la eficiencia en el uso de ciertos nutrientes.
- En situaciones adecuadas, pueden reducir parte de la demanda de fertilizantes sintéticos.
- Pueden complementar estrategias de manejo que favorecen la salud del suelo.
- Algunos sistemas de leguminosas y microorganismos permiten incorporar nitrógeno biológico a las rotaciones agrícolas.
La reducción de emisiones no está garantizada por el simple uso de un biofertilizante. Debe medirse cuánto fertilizante se sustituye, cómo cambia el rendimiento y qué emisiones se producen durante la fabricación, el transporte y la aplicación del producto.
3. Biopesticidas y control biológico de plagas
El cambio climático puede alterar la distribución geográfica, los ciclos y la presión de algunas plagas y enfermedades agrícolas. Las herramientas biotecnológicas pueden ayudar a desarrollar alternativas para controlar estos problemas.
Los biopesticidas pueden estar basados en microorganismos, sustancias de origen biológico o determinados productos naturales. Su función es controlar organismos perjudiciales, aunque su eficacia depende de la plaga, el cultivo y las condiciones de aplicación.
Entre sus posibles ventajas se encuentran:
- Complementar los programas de manejo integrado de plagas.
- Reducir el uso de determinados pesticidas convencionales cuando la alternativa es eficaz.
- Facilitar estrategias más específicas frente a ciertas plagas.
- Disminuir algunos impactos ambientales si el producto y su aplicación son adecuados.
No todos los biopesticidas tienen el mismo perfil ambiental y no todos sustituyen a los productos convencionales. Es necesario evaluar su eficacia, la dosis, el momento de aplicación y sus efectos sobre organismos no objetivo.
4. Microbioma del suelo y captura de carbono
Los suelos almacenan carbono en la materia orgánica y desempeñan un papel importante en los ciclos del carbono y del nitrógeno. Las comunidades microbianas contribuyen a descomponer residuos, transformar nutrientes y estabilizar parte de la materia orgánica.
La investigación biotecnológica estudia cómo las raíces, los microorganismos y las prácticas de manejo influyen en estos procesos. El objetivo puede ser mejorar la salud del suelo, mantener la productividad o aumentar la persistencia de determinadas formas de carbono.
¿Se puede capturar carbono con microorganismos?
Los microorganismos participan en procesos que pueden favorecer la acumulación o la pérdida de carbono en el suelo. Sin embargo, no todos los cambios biológicos aumentan el almacenamiento de carbono: la descomposición de materia orgánica también puede liberar dióxido de carbono.
Por eso, las propuestas de captura de carbono mediante manejo del suelo o intervenciones microbianas deben evaluarse con mediciones, seguimiento durante varios años y análisis de la permanencia del carbono almacenado.
Las prácticas agrícolas que pueden complementar estas estrategias incluyen:
- Mantener cobertura vegetal cuando sea apropiado.
- Reducir la erosión y evitar la degradación del suelo.
- Incorporar residuos orgánicos de forma adecuada.
- Usar rotaciones de cultivos y sistemas de raíces diversos.
- Evitar labores innecesarias que degraden la estructura del suelo.
La biotecnología puede aportar conocimientos y herramientas para mejorar estos sistemas, pero no reemplaza la necesidad de gestionar correctamente el suelo y medir los resultados.
5. Biogás: convertir residuos orgánicos en energía
La producción de biogás es una de las aplicaciones más concretas de la biotecnología en el sector energético. Se basa en la digestión anaerobia, un proceso en el que comunidades de microorganismos descomponen materia orgánica en ausencia de oxígeno y generan un gas que contiene principalmente metano y dióxido de carbono.
Las materias primas pueden incluir estiércol, residuos agroindustriales, restos alimentarios y otros residuos orgánicos adecuados.
¿Cómo funciona una planta de biogás?
- Recolección: se reúnen residuos orgánicos apropiados para el proceso.
- Preparación: se acondiciona la materia prima para favorecer la digestión.
- Digestión anaerobia: los microorganismos descomponen el material en un reactor cerrado.
- Captura del gas: el biogás se recoge y se acondiciona según el uso previsto.
- Uso energético: puede emplearse para producir calor o electricidad, o procesarse para obtener biometano cuando la tecnología y la calidad del gas lo permiten.
- Gestión del digestato: el material restante se analiza y gestiona conforme a su composición y a las normas aplicables.
¿Por qué puede reducir las emisiones?
Cuando el estiércol o los residuos orgánicos se descomponen sin un sistema de captura, pueden liberar metano. Si una instalación recoge ese gas y lo utiliza correctamente, puede reducir esas emisiones y sustituir parte de la energía procedente de combustibles fósiles.
El resultado climático depende de las fugas de metano, la energía consumida en la planta, el transporte de los residuos, el destino alternativo de la materia orgánica y el tipo de energía que se sustituye.
6. Biocombustibles y enzimas industriales
La biotecnología también permite transformar materia orgánica en combustibles líquidos o gaseosos. En algunos procesos se utilizan microorganismos para fermentar azúcares; en otros, enzimas que ayudan a descomponer materiales vegetales más complejos.
Bioetanol
El bioetanol puede producirse mediante fermentación de azúcares utilizando microorganismos, como determinadas levaduras. Las materias primas dependen de la tecnología y pueden incluir cultivos ricos en azúcares o almidón.
También se investiga el uso de residuos agrícolas y biomasa lignocelulósica. En estos casos, suele ser necesario un pretratamiento y el uso de enzimas para liberar azúcares fermentables, lo que puede elevar los costos y la complejidad del proceso.
Biodiésel y otros combustibles biológicos
El biodiésel convencional suele producirse a partir de aceites y grasas mediante procesos químicos. La biotecnología puede intervenir en el desarrollo de materias primas, enzimas y procesos de conversión. También se investigan microorganismos y microalgas capaces de generar compuestos de interés energético.
No obstante, muchas tecnologías avanzadas siguen enfrentando desafíos de costo, escalabilidad, consumo energético y disponibilidad de materia prima. Que un combustible tenga origen biológico no garantiza que emita menos gases de efecto invernadero durante todo su ciclo de vida.
¿Cuándo son una alternativa climática útil?
- Cuando se aprovechan residuos y subproductos que no requieren grandes cambios en el uso del suelo.
- Cuando la energía utilizada en la producción tiene bajas emisiones.
- Cuando se evitan emisiones relevantes durante el tratamiento de la materia prima.
- Cuando el combustible sustituye una alternativa con mayores emisiones de ciclo de vida.
El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) destaca que los resultados de la bioenergía dependen del tipo de biomasa, la eficiencia de conversión, el uso del suelo y el combustible o producto que se sustituye.
7. Residuos agrícolas: de desecho a recurso
Los residuos de la producción agrícola y forestal pueden convertirse en una fuente de energía o en materia prima para productos biológicos. Según sus características, pueden utilizarse en digestión anaerobia, producción de combustibles, elaboración de compost, fabricación de materiales o procesos de recuperación de nutrientes.
La elección de la tecnología debe considerar que no todos los residuos son intercambiables. Algunos materiales contienen mucha humedad; otros son fibrosos, difíciles de descomponer o necesarios para mantener la fertilidad del suelo.
| Residuo | Posible aprovechamiento | Aspecto que debe evaluarse |
|---|---|---|
| Estiércol ganadero | Biogás y digestato gestionado adecuadamente. | Captura de metano, control de fugas y gestión de nutrientes. |
| Restos de alimentos | Digestión anaerobia o compostaje, según sus características. | Separación de residuos, contaminación y logística. |
| Residuos vegetales | Compost, bioenergía o materias primas biológicas. | Humedad, contenido energético y necesidad de devolver materia orgánica al suelo. |
| Subproductos agroindustriales | Fermentación, extracción de compuestos o producción de energía. | Composición, continuidad del suministro y costos de procesamiento. |
| Residuos forestales | Calor, electricidad u otros productos de biomasa. | Impacto sobre los ecosistemas, el suelo, la biodiversidad y el transporte. |
La FAO recomienda evaluar la bioenergía dentro del contexto de la seguridad alimentaria, la disponibilidad de recursos y la sostenibilidad económica, social y ambiental. El aprovechamiento de residuos puede ser atractivo, pero no debe promover la eliminación indiscriminada de materiales que cumplen funciones ecológicas.
8. ¿Qué soluciones están disponibles y cuáles siguen en desarrollo?
No todas las innovaciones biotecnológicas tienen el mismo grado de madurez. Algunas se utilizan de manera comercial desde hace años; otras han demostrado resultados en condiciones controladas, pero todavía necesitan investigación, validación o inversiones importantes para alcanzar una aplicación amplia.
| Tecnología | Madurez general | Principal condición para su éxito |
|---|---|---|
| Biofertilizantes microbianos | Uso comercial establecido en determinadas aplicaciones. | Elegir microorganismos adecuados al cultivo, suelo y clima. |
| Digestión anaerobia y biogás | Tecnología comercial disponible. | Contar con residuos suficientes, operación estable y control de fugas. |
| Fermentación para bioetanol | Proceso comercial establecido para determinadas materias primas. | Disponibilidad de materia prima y balance energético favorable. |
| Variedades tolerantes al estrés | Existen variedades mejoradas y programas de investigación en curso. | Validar el rendimiento en condiciones agrícolas reales. |
| Edición genética de cultivos | Aplicaciones en distintos niveles de desarrollo, según el rasgo. | Evaluación agronómica, seguridad y requisitos regulatorios. |
| Biocombustibles avanzados de residuos | La madurez depende de la materia prima y la tecnología. | Reducir costos y demostrar un balance ambiental favorable. |
| Microalgas para combustibles | Numerosos procesos siguen en desarrollo o presentan barreras de escala. | Mejorar productividad, cosecha y consumo energético. |
Las categorías son orientativas y no significan que todas las variantes de una tecnología tengan el mismo nivel de desarrollo. La disponibilidad comercial depende del producto, el país y las condiciones del proyecto.
9. Oportunidades para Chile frente al cambio climático
Chile reúne actividades agrícolas, forestales, ganaderas y agroindustriales que pueden beneficiarse de determinadas aplicaciones biotecnológicas. También cuenta con recursos solares y eólicos relevantes para la transición energética. La biotecnología puede complementar estos recursos, aunque no sustituye por sí sola la electrificación ni las energías renovables.
Fruticultura y producción agrícola
La adaptación de frutales y otros cultivos a la escasez hídrica requiere combinar investigación genética con manejo de riego, selección de portainjertos, conservación del suelo y planificación de las plantaciones. La biotecnología puede ayudar a identificar características útiles, pero su aplicación debe validarse en las zonas de producción.
Residuos agroindustriales
Los residuos de procesamiento de frutas, hortalizas, productos forestales y otras actividades pueden evaluarse como materia prima para compostaje, digestión anaerobia, fermentación o recuperación de compuestos. El aprovechamiento más conveniente dependerá de la cantidad disponible, la composición y las alternativas existentes.
Ganadería y biogás
Las explotaciones que generan grandes cantidades de estiércol pueden estudiar sistemas de digestión anaerobia. Estos proyectos requieren un análisis técnico y económico, además de una gestión adecuada de las emisiones y del material resultante.
Biomasa forestal y energía
Los residuos forestales y de procesamiento de madera pueden contribuir a la producción de calor y energía si su uso es sostenible. Deben priorizarse las fuentes adecuadas y evitarse prácticas que aumenten la degradación de los ecosistemas, reduzcan el carbono almacenado o empeoren la calidad del aire.
La Agencia Internacional de Energía destaca que Chile dispone de recursos renovables importantes y necesita avanzar en la descarbonización de su sistema energético. La bioenergía puede cumplir una función complementaria, especialmente en determinados procesos industriales y en el aprovechamiento sostenible de residuos.
Fuente: Agencia Internacional de Energía: hoja de ruta de transición energética de Chile hacia 2050.
10. Límites y riesgos de las soluciones biotecnológicas
La biotecnología puede contribuir a la acción climática, pero también puede generar resultados decepcionantes si se aplica sin considerar el contexto. Es importante evaluar los posibles efectos secundarios y comparar las tecnologías con alternativas viables.
Riesgo de aumentar el consumo de recursos
Un cultivo modificado puede requerir fertilizantes, riego o energía en cantidades que reduzcan parte de sus beneficios ambientales. Por eso, es necesario analizar el sistema productivo completo y no solamente una característica genética.
Competencia por suelo y agua
Los cultivos destinados a producir biocombustibles pueden competir con la producción de alimentos o con ecosistemas naturales si se expanden sin planificación. El uso de residuos puede reducir este problema, aunque también debe comprobarse que el residuo esté disponible y no tenga otros usos importantes.
Fugas de metano en plantas de biogás
El metano es un gas de efecto invernadero potente. Las fugas durante la digestión, el almacenamiento o el transporte pueden reducir de manera importante el beneficio climático de una instalación. La detección, el mantenimiento y la medición son esenciales.
Incertidumbre sobre el almacenamiento de carbono
El carbono acumulado en el suelo puede perderse si cambian las condiciones o las prácticas de manejo. Para demostrar un beneficio climático duradero se necesitan mediciones, seguimiento y métodos de contabilidad transparentes.
Acceso desigual a las tecnologías
Las semillas, los insumos biológicos y las instalaciones energéticas pueden exigir inversiones y conocimientos especializados. Los programas de innovación deben considerar a pequeños productores, capacitación técnica, financiamiento y acceso equitativo a los beneficios.
11. Cómo saber si una solución realmente ayuda al clima
Para distinguir una solución eficaz de una afirmación comercial, conviene revisar el proyecto con criterios técnicos y ambientales claros.
- Medir la línea de base: conocer las emisiones y el consumo de recursos antes de implementar la tecnología.
- Comparar alternativas: evaluar qué habría ocurrido sin el proyecto y qué opción produce un resultado mejor.
- Calcular el ciclo de vida: incluir fabricación, transporte, operación, cambios en el uso del suelo y gestión final.
- Comprobar el rendimiento: medir la producción agrícola o energética real, no solo el resultado de laboratorio.
- Controlar las emisiones: medir fugas de metano y otros gases relevantes cuando corresponda.
- Evaluar los efectos secundarios: revisar el uso de agua, fertilizantes, biodiversidad y calidad del suelo.
- Verificar los costos: comprobar si el sistema puede mantenerse económicamente a lo largo del tiempo.
12. ¿Qué avances pueden marcar el futuro?
La investigación continúa explorando cultivos con mayor tolerancia al estrés, microorganismos adaptados a distintos suelos, enzimas más eficientes para transformar biomasa y procesos de conversión energética con menores costos.
La edición genética podría acelerar el desarrollo de algunas características vegetales, pero no reemplaza los ensayos agronómicos ni la evaluación de riesgos. Del mismo modo, los avances en microbiología pueden mejorar la producción de biogás y biocombustibles, aunque el escalamiento industrial exige demostrar eficiencia y viabilidad.
Otra línea de trabajo consiste en integrar tecnologías: utilizar residuos agrícolas para producir energía, recuperar nutrientes del proceso y devolverlos de forma segura al suelo. Estos sistemas circulares pueden aprovechar mejor los recursos, siempre que sus balances ambientales sean favorables.
La prioridad no debería ser adoptar la tecnología más novedosa, sino identificar qué combinación de soluciones ofrece los mejores resultados en cada territorio, cultivo y sector energético.
Conclusión: soluciones reales, con evidencia
La biotecnología puede contribuir a enfrentar el cambio climático mediante cultivos mejor adaptados, biofertilizantes, biopesticidas, procesos de recuperación de carbono en el suelo y producción de energía a partir de residuos orgánicos.
Entre las opciones con aplicaciones concretas destacan la digestión anaerobia para producir biogás, el uso de microorganismos en determinadas prácticas agrícolas y la fermentación industrial para producir bioetanol. Otras soluciones, como ciertos cultivos editados para resistir el estrés climático o algunos combustibles avanzados, dependen de la tecnología específica y de su nivel de desarrollo.
Para Chile y otros países agrícolas, el camino más prometedor consiste en combinar la investigación biotecnológica con una gestión eficiente del agua, la conservación del suelo, las energías renovables y la evaluación rigurosa de las emisiones. La innovación puede ayudar, pero los beneficios deben medirse y demostrarse en condiciones reales.
Preguntas frecuentes sobre biotecnología y cambio climático
No por sí sola. Puede reducir determinadas emisiones y ayudar a adaptar la agricultura, pero debe combinarse con la reducción de combustibles fósiles, la eficiencia energética, la protección de ecosistemas y otras medidas climáticas.
Sí, existen variedades desarrolladas mediante distintos métodos de mejoramiento para tolerar determinadas condiciones de estrés hídrico. Su rendimiento depende del cultivo, la variedad y las condiciones locales; ninguna característica garantiza una cosecha sin agua.
Pueden contribuir si mejoran el aprovechamiento de nutrientes y reducen la necesidad de fertilizantes con altas emisiones. El resultado debe comprobarse considerando el rendimiento, las cantidades de insumos y las emisiones de todo el sistema.
Puede reducir las emisiones netas cuando utiliza biomasa sostenible, captura metano que de otro modo se liberaría y controla las fugas. Su beneficio depende de la materia prima, la operación, el transporte y la energía que sustituye.
No necesariamente. La materia prima, el uso del suelo, los fertilizantes, el procesamiento y el transporte influyen en el balance de emisiones. Es necesario comparar las emisiones durante todo el ciclo de vida.
Entre las oportunidades que pueden evaluarse según cada zona están la adaptación de cultivos al estrés hídrico y térmico, los bioinsumos agrícolas, el aprovechamiento de residuos agroindustriales y ganaderos para producir biogás y el uso sostenible de residuos forestales.
No. El mejoramiento convencional, la selección asistida por marcadores, las prácticas agronómicas y la gestión del agua también pueden ayudar. La edición genética es una herramienta adicional cuya utilidad depende del rasgo buscado y de la evidencia disponible.
Fuentes para profundizar
- FAO: bioenergía sostenible a partir de la agricultura. Explica el uso de residuos agrícolas, estiércol y subproductos para producir energía.
- FAO: bioenergía en la bioeconomía sostenible. Presenta aplicaciones y consideraciones de sostenibilidad.
- IPCC: agricultura, bosques y otros usos del suelo. Revisa opciones de mitigación, bioenergía y consideraciones sobre el uso del suelo.
- IPCC: sistemas energéticos. Analiza el papel y los límites de la bioenergía en la transición energética.
- Agencia Internacional de Energía: transición energética de Chile hacia 2050. Ofrece contexto sobre la descarbonización del sistema energético chileno.
- FAO: herramienta de evaluación rápida de bioenergía y seguridad alimentaria. Explica cómo analizar recursos, costos, oportunidades y riesgos.
Artículo informativo. La eficacia, disponibilidad y situación regulatoria de cada tecnología deben comprobarse para el cultivo, proceso industrial y país en el que se pretende aplicar.