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Le alghe si dimostrano promettenti per la produzione sostenibile di combustibili biocatalitici

Nel contesto dell’odierna caccia a fonti di carburante altamente sostenibili, il progetto Photofuel ha svelato il potenziale delle alghe quale fonte sostenibile e scalabile di biocarburante.

Cambiamento climatico e Ambiente

Sebbene i biocarburanti si dimostrino promettenti come combustibile del futuro, le attuali tecnologie si avvalgono principalmente di colture alimentari, il che determina pratiche agricole intensive caratterizzate da una biodiversità ridotta. Inoltre, la quantità di colture richieste per la produzione di 120 litri di bioetanolo è la stessa che servirebbe ad alimentare una persona per un anno. Il progetto Photofuel, sostenuto dall’UE, ha sviluppato un’alternativa: biocatalizzatori basati su alghe geneticamente modificate. Il gruppo responsabile del progetto ha coltivato le alghe in acqua salata all’interno di fotobioreattori chiusi in cui la CO2, la luce solare e l’acqua venivano convertite in molecole di combustibile. Queste molecole sono state rilasciate dalle cellule algali e successivamente rimosse dalla superficie dell’acqua, in modo da poter essere messe a disposizione per alimentare i veicoli. «Il nostro metodo di produzione è altamente sostenibile, può essere impiegato su terreni degradati e, grazie all’utilizzo dell’acqua salata, non entra in concorrenza con la coltivazione alimentare per l’irrigazione della terra», spiega la coordinatrice del progetto, Hilke Heinke, ricercatrice presso Volkswagen, l’impresa che ha ospitato Photofuel. Un altro traguardo significativo ha riguardato la bioderivatizzazione, in cui l’aggiunta di un unico gene ha convertito il composto relativamente tossico dell’ottanolo in ottil acetato, una sostanza meno tossica e più facilmente separabile nel fotobioreattore.

Le caratteristiche delle alghe

Le alghe sono organismi già di per sé altamente efficienti dal punto di vista fotosintetico. Tuttavia, per incrementare la produzione di combustibile, i partner di Photofuel (ovvero l’Università di Uppsala in Finlandia, l’Università di Bielefeld in Germania e l’Imperial College London nel Regno Unito) hanno eliminato i percorsi biologici non necessari alla produzione di carburante. La molecola stessa di combustibile è composta da carbonio, idrogeno e ossigeno, elementi in grado di formare la CO2 e l’acqua, secondo un processo che evita la necessità di raccogliere le cellule. Il processo solitamente impiegato in quest’ambito, infatti, moltiplica innanzitutto le cellule e poi le priva dell’azoto per interromperne la moltiplicazione, così da rendere possibile la raccolta, l’essiccazione e l’estrazione dell’energia metabolica, del grasso o dell’amido al fine di ottenere i lipidi per la produzione di biodiesel. Nell’approccio biocatalitico, invece, le cellule producono il combustibile e lo rilasciano direttamente nel terreno di coltura affinché sia rimovibile. «In tal modo si riducono considerevolmente i fertilizzanti necessari e vengono generate quantità limitate di sottoprodotti indesiderati, come le cellule di biocatalizzatori morte», osserva Simon Kühner, il responsabile del progetto. Un altro vantaggio è rappresentato dal fatto che il combustibile può essere miscelato con altri carburanti nei centri regionali di distribuzione dei combustibili senza che vi sia il bisogno di ottimizzarlo nelle raffinerie, con un conseguente risparmio sui costi di trasporto. «Ciò significa che la produzione biocatalitica può mantenere posti di lavoro di alta qualità in ambito locale, evitando l’esodo rurale che spesso si verifica quando il terreno agricolo si degrada», aggiunge Kühner. Il processo biocatalitico di Photofuel ha incrementato con successo la produzione di butanolo di 600 mg/l al giorno in un fotobioreattore di 2,7 l per un periodo di alcune settimane. Sebbene vi siano tuttora alcune importanti sfide da superare per aumentare la produttività, questi risultati potrebbero portare a una produzione di combustibile annua pari a 90 t/ha.

Al di là del mondo dei carburanti

A causa di queste difficoltà di estensione della produzione, il gruppo responsabile di Photofuel sta facendo progredire la propria tecnologia gradualmente e, di conseguenza, non la destinerà già da subito al settore dei combustibili. Piuttosto, la squadra commercializzerà piccoli volumi di prodotti ad alto valore quali medicinali, profumi e cosmetici e, più avanti, intende rivolgersi a soggetti industriali nel settore chimico. «Dato che Photofuel ha coinvolto l’intera catena del valore, avvalendosi della partecipazione di rappresentanti provenienti da diverse industrie (bioingegneria, scienza dei combustibili, raffinazione e settore automobilistico), ciò ha aperto ai partner numerose diverse strade da esplorare», afferma Kühner. L’Imperial College London ha già istituito un’azienda spin-off per approfondire la produzione dei composti ad alto valore di Photofuel. L’Università di Uppsala sta concentrando l’attenzione su un ulteriore sviluppo dell’impiego della produzione di butanolo per la cattura della CO2. A4F ha vinto contratti per la coltura di alghe geneticamente modificate, mentre l’Università di Bielefeld sta ora esplorando opportunità nel campo della biotecnologia per la produzione di terpeni attivi dal punto di vista farmacologico, il che potrebbe ridurre significativamente il costo dei farmaci, tra cui quelli antitumorali.

Parole chiave

Photofuel, alghe, combustibile, ambiente, energia, elettricità, biocatalizzatore, molecole, colture, fotobioreattori, butanolo

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