Batteri riprogrammati trasformano la CO2 di scarto in prodotti di valore
Le crescenti preoccupazioni per la sostenibilità ambientale e la riduzione delle emissioni di gas a effetto serra hanno comportato un aumento delle attività di ricerca incentrate sull’utilizzo della CO2 come materia prima. L’obiettivo è creare prodotti chimici e materiali ecologici sfruttando le fonti di energia rinnovabili e i biocatalizzatori microbici. «L’approccio combinato della cattura della CO2 e della sua trasformazione in prodotti di valore si ripercuote sui principali settori industriali, sostituendo una parte dei loro prodotti tradizionalmente basati sui combustibili fossili con alternative sostenibili», osserva Nicolò Vasile, membro del gruppo di coordinamento del progetto ENGICOIN, finanziato dall’UE. «Un elemento chiave per riuscire ad adottare questo approccio è la realizzazione di politiche di produzione distribuita, che consentano l’integrazione degli impianti che generano emissioni di CO2 con sistemi che utilizzano il calore di scarto e fonti di elettricità rinnovabile a basso costo.» Ciò contribuisce a creare un’economia circolare in cui il prodotto in uscita di un processo diventa l’elemento in entrata di un altro.
L’alchimia microbica porta a prodotti sostenibili
ENGICOIN ha esemplificato questi principi convertendo la CO2 in varie materie plastiche e prodotti chimici di base attraverso microrganismi ingegnerizzati. «ENGICOIN apre la strada a fabbriche microbiche ingegnerizzate che usano catalizzatori biologici robusti in grado di gestire materie prime variabili a base di CO2, il che comporta schemi di processo flessibili, integrati e resistenti.» «Abbiamo sviluppato tre nuove fabbriche microbiche integrate che sfruttano le fonti di CO2 e l’idrogeno rinnovabile dall’elettrolisi, all’interno di una piattaforma industriale di digestione anaerobica che tratta la frazione organica dei rifiuti solidi urbani», aggiunge Vasile. Queste fabbriche microbiche producono acido lattico, poliidrossialcanoati (PHA), acetato e acetone. La fabbrica microbica 1 utilizza il microrganismo fotosintetico Synechocystis. Questo microrganismo che assorbe CO2 sfruttando la luce solare è stato modificato per produrre acido lattico dai fumi di combustione del biogas e flussi di CO2 pura dal passaggio del biogas a biometano. Basandosi sul batterio aerobico Cupriavidus necator, la fabbrica microbica 2 ricava la sua energia da reazioni chimiche, convertendo CO2 e idrogeno in termoplastiche biodegradabili e biocompatibili (PHA) mediante fumi di combustione del biogas e flussi di CO2 pura dal passaggio del biogas a biometano. Infine, la fabbrica microbica 3 utilizza l’acetogeno anaerobico Acetobacterium woodii, che converte CO2 e idrogeno in acetato e acetone.
Affrontare le sfide per produrre industrialmente la tecnologia
ENGICOIN ha commissionato e testato con esito positivo la piattaforma pilota di TRL 5, che integra un bioreattore e un elettrolizzatore, in Italia. L’obiettivo principale della campagna di test era dimostrare la fattibilità dei bioprocessi alimentati con gas di scarto (CO2 grezza) e il funzionamento continuativo del bioreattore e dell’elettrolizzatore per processi di lunga durata. I ricercatori hanno dimostrato la fattibilità della coltivazione di Synechocystis e Cupriavidus necator modificati per la produzione di acido lattico e PHA in un contesto industriale reale. Questo processo prevedeva l’uso di sistemi di reattori in scala e l’alimentazione delle colture batteriche con scarti di CO2. Il gruppo di ricerca coinvolto nel progetto ha affrontato le criticità dell’applicazione su scala industriale delle idee e delle tecnologie proposte, concentrandosi sulla sostenibilità economica ottenuta attraverso il funzionamento notturno dell’elettrolizzatore e la produzione continua di fabbriche microbiche. «ENGICOIN intendeva ridurre notevolmente le emissioni di CO2 nel medio-lungo termine, puntando a prodotti di valore come i polimeri (compresi i polilattati e i PHA) che rappresentano il 4 % dell’uso globale di petrolio grezzo», afferma Vasile. «Trovare altri prodotti con potenzialità di riduzione delle emissioni di gas a effetto serra paragonabili è difficile, tranne che per i biocarburanti, ma quelli che prevedono l’uso dell’idrogeno nel loro processo di trattamento non sono ancora pronti per essere immessi sul mercato.» ENGICOIN ha dimostrato il potenziale dello sfruttamento della CO2 come materia prima per una produzione chimica sostenibile, in sostituzione di quella derivata da fonti fossili. Utilizzando energia rinnovabile e puntando al sequestro e alla purificazione della CO2 dai gas di scarico, ENGICOIN dimostra l’importanza di progettare futuri processi biotecnologici che contribuiscano a un’economia circolare.
Parole chiave
ENGICOIN, fabbriche microbiche, idrogeno, PHA, prodotti chimici, plastica, acido lattico, CO2 di scarto
