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Zero Waste Ligno-Cellulosic Biorefineries by Integrated Lignin Valorisation

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Materie prime sostenibili da scarti di bioraffineria

Ricercatori privati e pubblici finanziati dall’UE hanno sviluppato nuove catene di valore per creare innovativi prodotti sostenibili dai rifiuti biologici. Ciò renderà l’industria dei bioprodotti più economicamente redditizia e faciliterà la transizione da una società basata sui combustibili fossili.

Tecnologie industriali

I cambiamenti climatici avversi evidenziano la necessità di produrre in modo sostenibile materiali biodegradabili e riciclabili con una bassa impronta di carbonio. Il progetto Zelcor, finanziato dall’UE, ha affrontato questa sfida riciclando i bioprodotti di scarto e migliorando la sostenibilità delle esistenti bioraffinerie di seconda generazione. Questi processi non basati sul petrolio per la produzione di prodotti chimici mirano a ridurre le emissioni di gas serra preservando la salute umana. I membri del consorzio hanno combinato la catalisi chimica ed enzimatica con la conversione biologica basata sugli insetti all’interno di un approccio integrato alla bioraffineria, dimostrando la fattibilità di trasformare i flussi secondari recalcitranti della bioraffineria lignocellulosica in bioprodotti ad alto valore aggiunto. «Vi è una forte esigenza di sviluppare nuove catene del valore usando una metodologia di economia circolare basata sui rifiuti da raffineria, per soddisfare la crescente domanda di bioprodotti dell’industria», dichiara la coordinatrice del progetto, Stéphanie Baumberger. L’iniziativa ha ricevuto i finanziamenti dall’impresa comune Bioindustrie (IC Bioindustrie), un partenariato pubblico-privato tra l’UE e il settore industriale. «Zelcor è anche collegato ad altri progetti europei, tra i quali EUCALIVA e UNRAVEL, attraverso il recupero di lignine da processi su scala pilota e la loro caratterizzazione all’interno di Zelcor», spiega Baumberger.

Gli insetti convertono i rifiuti in una risorsa

I ricercatori hanno recuperato tre preziose materie prime dai prodotti secondari della bioraffineria: i residui lignocellulosici (materia vegetale secca) dalla produzione di etanolo, le lignine dissolte durante il processo di macerazione e le umine simili alla lignina formate da reazioni secondarie durante la conversione degli zuccheri. Il loro obiettivo era quello di sviluppare processi efficienti e sostenibili per la produzione su larga scala di biomolecole per i cosmetici, l’imballaggio e l’industria chimica, nonché nuovi biocatalizzatori utilizzando risorse biologiche rinnovabili. I partner del progetto hanno sviluppato quattro percorsi principali per la conversione della lignina. Questi implicano l’estrazione con solvente e il trattamento tramite liquido ionico che produce estratti antiossidanti, la depolimerizzazione catalizzata dalla base per produrre intermedi chimici aromatici, e la tecnologia di dissoluzione-aggregazione per recuperare particelle colloidali di lignina. Hanno inoltre usato la lignina come substrato per la conversione compiuta da microrganismi e termiti, permettendo il loro allevamento su larga scala. Un’unità di allevamento di termiti alimentata con substrati lignocellulosici è stata progettata e implementata per produrre biomassa per mangime e chitina, un polisaccaride e componente primario dell’esoscheletro delle termiti. «Le parti lignocellulosiche recalcitranti sono state utilizzate con successo come fonte di carbonio per le termiti viventi o da consorzi microbici coltivati dalle budella delle termiti. Parallelamente sono stati espressi e caratterizzati sedici nuovi enzimi fungini e batterici che agiscono sulla lignina, di cui tre selezionati per la produzione su larga scala», fa notare Baumberger.

Creazione di prodotti più sicuri e sostenibili

I ricercatori hanno integrato tutti i risultati tecnici in un approccio trasversale alla catena del valore per fornire preziosi bioprodotti per mercati mirati. Mappando le loro capacità, i ricercatori hanno selezionato i prodotti intermedi più adatti per la formulazione e la lavorazione in creme cosmetiche per la cura della pelle, materiali di imballaggio alimentare e sistemi colloidali acquosi. Grazie agli sforzi congiunti di chimici organici e fisici, biologi e ingegneri di processo, una serie di nuovi preziosi bioprodotti può ora essere ottenuta da materie prime precedentemente considerate come rifiuti. Tra questi prodotti, i composti fenolici della biomassa vegetale offrono alternative più sicure agli antiossidanti sintetici commerciali esistenti, come il bisfenolo A, ampiamente utilizzato nella produzione di alcune materie plastiche e considerato un interferente endocrino chimico. Tutti i composti testati hanno un basso impatto ambientale e possono competere economicamente con i prodotti esistenti a base di carbonio fossile. «Zelcor porterà vantaggi alle aziende del settore chimico, plastico e cosmetico, che potranno diversificare i loro prodotti e applicazioni, offrendo alternative più sicure per i consumatori e per l’ambiente», conclude Baumberger.

Parole chiave

Zelcor, bioraffineria, lignina, economia circolare, umine, lignocellulosa, biomolecole, chitina, termiti, enzimi

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