I microbi fotosintetici per depurare le acque reflue europee
Gli impianti europei di trattamento delle acque reflue sono fondamentali per proteggere l’ambiente in quanto mantengono fiumi, laghi e acque costiere liberi dagli inquinanti presenti nei rifiuti umani e industriali. Da decenni gli impianti di trattamento standard utilizzano i «fanghi attivi», ovvero aggregati sciolti di batteri, per decomporre i rifiuti; ciononostante, questo processo richiede molto spazio e l’immissione costante di ossigeno (O2) per alimentare tali batteri, determinando un elevato consumo energetico che rilascia quantità significative di anidride carbonica (CO2). Una svolta importante si è verificata quando i ricercatori hanno trasformato questi batteri in strutture sferiche e compatte denominate granuli aerobici(si apre in una nuova finestra), riducendo in tal modo sia l’ingombro fisico che i costi degli impianti di trattamento; anche questi granuli, tuttavia, richiedono un’aerazione artificiale intensiva in termini di apporto di O2. Nell’ambito del progetto Inlight, finanziato dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie(si apre in una nuova finestra), i ricercatori hanno studiato il modo in cui l’introduzione di microrganismi fotoattivi sotto forma di «fotogranuli» potesse rendere il processo ancora più sostenibile. «Combinando batteri che eliminano i rifiuti con microrganismi fototrofi come microalghe e cianobatteri, siamo in grado di creare un ecosistema autosufficiente», spiega Emine Kayahan(si apre in una nuova finestra), ingegnere chimica attiva presso l’Università di Lovanio(si apre in una nuova finestra). «In questo contesto, i fototrofi agiscono come minuscoli alberi utilizzando la luce per convertire la CO2 in O2, che i batteri impiegano successivamente per depurare l’acqua». Durante lo svolgimento di Inlight, Kayahan e i suoi colleghi hanno utilizzato fotobioreattori, modellizzazione avanzata ed esperimenti al fine di valutare l’apporto di luce necessario affinché i fototrofi generino O2 in quantità sufficiente a sostenere la crescita eterotrofica.
Verso sistemi di trattamento delle acque reflue senza aerazione
Kayahan ha innanzitutto raccolto una comunità microbica direttamente da uno stagno naturale situato all’esterno del suo dipartimento, per poi introdurla nei bioreattori di laboratorio e sottoporla a cicli artificiali di luce e nutrimento. «Abbiamo creato un ambiente in cui le specie fototrofiche ed eterotrofiche desiderate potessero prosperare insieme, formando robusti fotogranuli», afferma. Il team ha quindi eseguito una serie di analisi chimiche per monitorare la riduzione di carbonio, azoto e fosforo nel reattore, mappando al contempo con precisione la quantità di luce che entrava nei sistemi e quella di O2 che ne usciva. Sebbene gli attuali modelli sviluppati dal team siano in grado di prevedere con successo la distribuzione della luce su scala di laboratorio, Kayahan sottolinea che permangono alcune sfide fondamentali al riguardo. «Lo sviluppo di nuovi modelli di reattori in grado di fornire luce in modo più efficiente rispetto ai fotogranuli sarà essenziale per garantire che questi sistemi rimangano praticabili su scala industriale», aggiunge. Oltre al lavoro di laboratorio, Kayahan ha altresì creato una rete scientifica globale altamente collaborativa allestendo workshop dedicati e co-organizzando la primissima conferenza internazionale sui fotogranuli. Attualmente, l’esperta sta guidando un’importante iniziativa globale volta a stabilire una terminologia standardizzata e un sistema di analisi comparativa per la ricerca sui fotogranuli. Un obiettivo chiave di questa iniziativa è quello di distinguere i veri fattori trainanti della fotogranulazione per garantire la stabilità su scala industriale. In definitiva, questo sforzo fornisce un quadro di riferimento per l’ingegnerizzazione delle comunità microbiche regolando la progettazione e il funzionamento del reattore e stabilendo metriche chiare per valutare le prestazioni del sistema. «È proprio grazie a questo impegno collettivo che riusciremo ad avvicinare tale tecnologia verso applicazioni industriali concrete», dichiara.
Un futuro più verde per il trattamento delle acque reflue in Europa
Per portare questa tecnologia nell’industria sarà tuttavia necessario realizzare un cambiamento radicale di mentalità, osserva Kayahan. «Dobbiamo smettere di considerare le acque reflue come un problema da smaltire e iniziare a trattarle in qualità di risorsa da valorizzare». Poiché i fotogranuli catturano la CO2 che andrebbe altrimenti sprecata, i vantaggi offerti rispetto ai sistemi convenzionali sono molteplici. «Applicando un approccio di “bioraffineria” ai flussi industriali puliti, possiamo far sì che il trattamento delle acque reflue passi dall’essere un servizio costoso a configurarsi come una linea di produzione sostenibile», aggiunge Kayahan. «Testare questi concetti attraverso sistemi industriali dedicati su scala pilota è il passo successivo naturale da compiere».
