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Demonstrating more efficient enzyme production to increase biogas yields

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Un processo migliorato di produzione di enzimi fornisce più biogas

Per essere efficiente, la conversione della biomassa in biogas richiede la disponibilità di enzimi la cui efficacia sia comprovata e la possibilità di produrli su scala industriale. Tuttavia, ad oggi, l’impiego di enzimi non si è dimostrato all’altezza delle aspettative e gli effetti osservati sono limitati.

Energia

Il progetto DEMETER, finanziato dall’UE, ha accettato questa sfida aumentando il rendimento dell’enzima del biogas a base di Myceliophothora thermophila C1, noto con il nome di enzima C1, e riducendo al contempo i costi. «Ci siamo prefissati l’obiettivo di incrementare il rendimento del processo di produzione di enzimi su scala industriale nonché la trasformazione a valle, riducendo i costi del prodotto finale e rendendo l’enzima disponibile per l’applicazione capillare nella produzione di biogas su tutto il territorio europeo», riferisce Sandra Hinz, coordinatrice del progetto. Nel corso dell’iniziativa è stato sviluppato un processo di fermentazione potenziato per la produzione di enzimi a livello di laboratorio. I ricercatori hanno studiato il vecchio protocollo di fermentazione e rivisto diversi parametri sulla base dei risultati di un modello matematico che hanno realizzato facendo affidamento su un ceppo di produzione migliorato per ottenere un enzima di qualità migliore. Inoltre, il processo di produzione di enzimi è stato ottimizzato per aumentare la concentrazione di enzimi di almeno il 50 %. «Il processo di fermentazione migliorato è stato validato in un primo momento in un reattore pilota di dimensioni ridotte per poi passare a un reattore con una capacità di 1 500 litri e 15 metri cubi», spiega Sandra Hinz.

Proprietà migliorate

Il lavoro del consorzio ha contribuito a un incremento del 50 % nella produzione di enzimi. Secondo Sandra Hinz, «ciò significa che è possibile produrre il 50 % in più di enzimi durante una sola fase di fermentazione e, pertanto, sono necessari meno cicli di produzione. Oltre all’aumento della produzione, è stata migliorata anche la trasformazione a valle dell’enzima, ottenendo un recupero di enzimi che va oltre il 95 %». I partner del progetto hanno verificato l’efficacia dell’enzima in nove prove su larga scala. «Abbiamo adoperato diversi tipi di impianti a biogas per l’esecuzione delle prove, tra cui impianti per la fermentazione sia a secco che a umido e impianti che funzionano utilizzando substrati diversi. I dati provenienti dalle prove in impianti su larga scala sono stati analizzati e hanno dimostrato che in alcuni casi era presente un possibile incremento nel livello di efficienza nella decomposizione dei substrati, nonostante questo risultasse complessivamente basso», commenta Sandra Hinz. Inoltre, i ricercatori hanno riscontrato dei cambiamenti nelle proprietà reologiche sotto forma di un consumo ridotto di energia da parte degli agitatori, una migliore scorrevolezza del digestato e la presenza di meno strati galleggianti. Pertanto, gli effetti positivi sul processo di fermentazione derivanti dall’aggiunta dell’enzima sono stati scoperti negli impianti, a dimostrazione del fatto che è possibile migliorare il processo del biogas tramite l’applicazione di dosaggi economicamente vantaggiosi. Il progetto DEMETER ha verificato l’efficacia dell’enzima sia su piccola scala che su larga scala in sperimentazioni sul campo. «In generale, si è notato che l’enzima sembra indicare un leggero aumento nell’efficienza», osserva Sandra Hinz. «La maggior parte dei gestori di impianti ha riferito di un migliore comportamento del flusso del digestato in combinazione con una migliore qualità complessiva dello stesso. Ciò ha condotto a un minore numero di problemi provocati da intasamento o strati galleggianti e una riduzione di lunghe strutture fibrose nel digestato. I dati provenienti da un viscosimetro a capillare di nuova concezione mostrano chiaramente che l’enzima ha ridotto la viscosità del digestato».

Benefici finanziari e ambientali

La valutazione di carattere tecnologico ed economico dei risultati ottenuti dalle sperimentazioni sul campo fanno emergere che il sistema di produzione di biogas risulta più redditizio quando si impiega l’enzima C1 se paragonato al sistema tradizionale che non impiega alcun enzima. «Inoltre, un’analisi del ciclo di vita che comprendeva tutte le fasi di produzione di biogas, partendo dalla raccolta di materiali di scarto e la produzione di enzimi fino allo stoccaggio, ha rivelato un impatto ambientale positivo rispetto a quello del processo tradizionale di produzione di biogas», sottolinea Sandra Hinz.

Parole chiave

DEMETER, enzima, biogas, fermentazione, biomassa, enzima C1, analisi del ciclo di vita

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