Una tecnologia biocatalitica per ridurre l’impatto ambientale dell’industria della pasta di legno e della carta
La carta è costituita da cellulosa estratta dal legno in seguito alla rimozione della lignina e di frazioni di emicellulosa. Una delle principali sfide affrontate al giorno d’oggi dall’industria della pasta di carta è costituita dal fatto che non tutti i componenti del legno vengono sfruttati appieno. Segnatamente, nonostante le lignine kraft rappresentino circa l’85 % della produzione totale di lignina nel mondo, non esiste alcuna tecnologia consolidata che consenta la loro depolimerizzazione in sostanze chimiche aromatiche ed elementi costitutivi. Considerando il potenziale ruolo svolto sia della lignina che dell’emicellulosa come fonti rinnovabili di composti aromatici e zuccheri per vari processi biologici, sussiste la necessità di enzimi in grado di modificare questi polimeri in condizioni estreme di pH e temperatura in relazione ai processi relativi alla pasta kraft.
Individuare e ottimizzare gli enzimi estremofili
Il principale obiettivo del progetto WoodZymes era quello di sfruttare la biomassa legnosa mediante enzimi su misura incorporabili nel canale industriale della lavorazione del legno. WoodZymes ha ricevuto finanziamenti dall’impresa comune Bioindustrie, un partenariato pubblico-privato tra l’UE e l’industria. Il progetto ha riunito 11 partner provenienti da quattro paesi europei che hanno utilizzato tecniche quali l’ingegnerizzazione di proteine e l’estrazione di banche dati allo scopo di individuare e sviluppare ulteriormente enzimi estremofili dotati di proprietà termotolleranti e alcalofile. Questi estremozimi comprendevano le xilanasi, che degradano l’emicellulosa, e le laccasi, che agiscono sulla lignina. Per testarli in diverse applicazioni, gli enzimi candidati più promettenti sono stati sottoposti a un processo produttivo che è passato dalla scala pilota a quella industriale. «Uno degli obiettivi del progetto WoodZymes era valorizzare la lignina e le frazioni di emocellulosa sottoutilizzate nell’industria della pasta kraft allo scopo di ridurre la quantità di sostanze chimiche necessarie e abbassare l’impatto ambientale complessivo», spiega Susana Camarero, la coordinatrice del progetto. Un candidato altamente estremofilo è stato inserito nella sequenza di decolorazione della pasta kraft ricavata dall’eucalipto, consentendo in particolare di diminuire l’impiego di diossido di cloro e di incrementare la lucentezza della pasta di legno. Al tempo stesso, l’utilizzo di questo enzima ha permesso di ridurre i composti organoclorurati presenti negli effluenti, abbassando l’impatto ambientale di questa industria e aumentando la resa delle emicellulose a livello quantitativo. Questi polisaccaridi sono stati sfruttati come additivi per la fabbricazione della carta al fine di ottenere un prodotto finale dotato di proprietà fisico-meccaniche migliorate, consentendo al contempo di risparmiare una notevole quantità di energia nel corso del processo di raffinazione della pasta di legno. Inoltre la depolimerizzazione enzimatica della lignina ha messo a disposizione una vasta gamma di elementi costitutivi fenolici che potrebbero essere usati come sostituti dei polioli di origine fossile nelle schiume isolanti in poliuretano e del fenolo nelle resine in formaldeide fenolica e ligninica per le infrastrutture dei pannelli in legno. I ricercatori del progetto sono riusciti a ottenere formulazioni appropriate caratterizzate da un contenuto notevolmente inferiore di fenolo e formaldeide, così da poter ridurre l’impatto ambientale del processo di produzione dei pannelli di fibra e del prodotto finale.
Vantaggi e prospettive future degli enzimi estremofili
Le tecnologie biocatalitiche di WoodZymes valorizzano efficientemente i componenti di legno sottoutilizzati come la lignina kraft e le emicellulose. Superando strozzature di tipo tecnico, i ricercatori sono riusciti a chiudere il ciclo del processo kraft e a integrare sottoprodotti relativi alla conversione della biomassa nel processo produttivo, rendendo possibile lo sfruttamento in termini industriali di tutti i componenti delle materie prime da biomassa in diverse applicazioni. In tal modo, WoodZymes sostiene il nesso che lega l’industria della pasta di legno e della carta, i fornitori di tecnologie enzimatiche e i produttori di pannelli in fibra e di schiume isolanti, incrementando al contempo la competitività dell’industria europea. «Da un punto di vista ambientale, l’utilizzo di estremozimi che trasformano il legno costituisce una tecnologia pulita che consente di risparmiare notevoli quantità di energia e sostanze chimiche», sottolinea Camarero. Inoltre, il processo di WoodZymes porta alla generazione di prodotti sostenibili e riduce la dipendenza dalle risorse fossili, abbassando l’impatto a livello economico e ambientale.
Parole chiave
WoodZymes, lignina, emicellulosa, kraft, carta, enzimi estremofili, industria della pasta di legno, pannello di fibra a media densità, schiume poliuretaniche
