Dalla CO2 agli acidi organici: catturare il valore per un’economia circolare
Nella continua lotta contro i cambiamenti climatici, le biotecnologie sostenibili possono offrire soluzioni innovative. Il progetto VIVALDI(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, ha raggiunto un notevole traguardo nel settore, trasformando con successo le emissioni di anidride carbonica delle industrie a base biologica in preziosi acidi organici. Un consorzio di 16 partner ha sviluppato una soluzione integrata che cattura la CO2 da emissioni industriali reali e la converte in quattro acidi organici di alto valore: acido lattico, succinico, itaconico e 3-idrossipropionico. Queste sostanze chimiche possono rientrare nel processo di produzione delle bioraffinerie o servire come elementi essenziali per i biomateriali utilizzati in industrie come quella farmaceutica, alimentare e dei mangimi, il che rappresenta un passo significativo verso un’economia circolare. «L’approccio olistico di VIVALDI garantisce un percorso efficiente e sostenibile, trasformando quello che una volta era un prodotto di scarto (CO2) in acidi organici commerciabili e a valore aggiunto», afferma Albert Guisasola, coordinatore del progetto VIVALDI.
Dalla cattura della CO2 alla fermentazione
Il successo del progetto risiede nel suo approccio globale, che ha combinato in un processo continuo diverse metodologie, testandole utilizzando le emissioni reali di quattro industrie a base biologica. Il viaggio inizia con un sistema di cattura della CO2 a base di MDEA(si apre in una nuova finestra), potenziato con enzimi di anidrasi carbonica per migliorare il tasso di assorbimento. «L’energia e i costi per la cattura della CO2 sono stati ridotti fino al 25 % e il processo è stato convalidato utilizzando un flusso di CO2 reale proveniente da un’azienda di tallolio che inizialmente conteneva meno del 13 % di anidride carbonica», afferma Guisasola. La CO2 catturata viene poi ridotta elettrochimicamente ad acido formico o metanolo, che servono come mattoni per la fase successiva. Qui, ceppi geneticamente modificati di lievito Komagataella phaffii trasformano questi composti negli acidi organici obiettivo attraverso la fermentazione. Per rendere questa tecnica ancora più sostenibile, i nutrienti necessari alla fermentazione sono stati recuperati dalle acque reflue industriali utilizzando sistemi bioelettrochimici. Ogni fase è stata valutata in laboratorio o su scala pilota. Ad esempio, l’elettroriduzione della CO2 ad acido formico è stata testata utilizzando diversi materiali catodici, come lo stagno e il bismuto, per un lungo periodo. VIVALDI ha dimostrato il potenziale della soluzione per la produzione su scala industriale, ottenendo elevati tassi di produzione: fino a 100 grammi per litro di acido succinico, 80 grammi per litro di acido itaconico e un miglioramento significativo dei rendimenti di acido 3-idrossipropionico in presenza di acido formico.
Mettere alla prova l’innovazione a base biologica
I partner industriali hanno verificato gli acidi organici bioprodotti dal progetto, che sono componenti cruciali dei materiali per la farmaceutica, la produzione alimentare, la plastica e i mangimi. L’azienda di bioplastiche Novamont(si apre in una nuova finestra) ha utilizzato con successo l’acido succinico bioprodotto per creare nuovi biopolimeri adatti allo stampaggio a iniezione e alle applicazioni di schiumatura. Questi nuovi materiali hanno eguagliato le proprietà meccaniche delle plastiche convenzionali, offrendo al contempo una migliore riciclabilità e prestazioni di schiumatura. L’acido lattico bioprodotto è stato testato come promotore di crescita per il bestiame, soddisfacendo tutti gli standard di sicurezza e mostrando efficaci proprietà antimicrobiche per applicazioni nei mangimi. Tuttavia, rispetto all’acido lattico convenzionale, ha una concentrazione di principio attivo inferiore e una forma a base di sodio che può influire sulle prestazioni, richiedendo aggiustamenti della formulazione. Nonostante queste condizioni, il suo utilizzo commerciale è promettente, a condizione che vengano affrontati fattori pratici ed economici. VIVALDI è passato dalle fasi iniziali di ricerca al livello di preparazione tecnologica 5-6, con alcuni componenti pronti per studi pilota pre-industriali. La fase successiva consiste nel trovare partner industriali per condurre le prove finali e portare la soluzione sul mercato in tutta Europa.
