Biocarburanti: nuovi metodi produttivi

laboratorio - Foto di H. BerendsI recenti sviluppi tecnologici per la produzione dei carburanti rinnovabili mirano a individuare metodi che escludano l’uso della fotosintesi per privilegiare da una parte l’impiego accoppiato di microrganismi e celle solari, dall’altra la messa a punto di una fotosintesi artificiale.

I biocarburanti rappresentano una importante risorsa rinnovabile in rapida espansione. Attualmente vengono ottenuti usando organismi fotosintetizzanti come alcune specie di piante e di alghe capaci di produrre etanolo.

Le tecnologie per lo sviluppo delle energie rinnovabili mirano ora alla messa a punto di nuovi approcci più efficienti per creare biocarburanti. Sarà presto attivo un nuovo programma di ricerca, condotto dall’Advanced Research Projects Agency-Energy (Arpa-e), che avrà l’obiettivo di migliorare la produzione di carburanti rinnovabili.
I nuovi approcci tecnologici sfrutteranno metodiche “non fotosintetiche” che potrebbero permettere di ottenere carburanti, come il diesel, che risulterebbero molto più semplici da distribuire e commercializzare impiegando le infrastrutture già esistenti.

“L’idea di base è realizzare carburanti liquidi usando particolari organismi capaci di convertire l’anidride carbonica in molecole organiche senza l’impiego della fotosintesi. Il nuovo approccio potrebbe rivelarsi decisamente più efficiente rispetto a quello attuale che sfrutta la fotosintesi” spiega Arun Majumdar, direttore dell’Advanced Research Projects Agency-Energy.

Le tecniche più comuni che impiegano la fotosintesi per ottenere biocarburanti si basano sull’uso di piante, precedentemente fatte crescere per lo scopo, aggredite da lieviti o altri microrganismi che, tramite la fermentazione, producono carburanti. Un esempio può essere l’impiego del mais per ottenere etanolo.
Un altro approccio prevede l’impiego di organismi fotosintetizzanti per produrre in modo diretto i carburanti: tale metodo può coinvolgere l’uso di alghe da cui vengono estratti oli che, opportunamente trattati, forniscono biodiesel, oppure possono essere usati microrganismi che producono direttamente benzina o altri idrocarburi.

Nell’ambito del progetto dell’Advanced Research Projects Agency-Energy potranno presto essere sviluppati approcci innovativi che non prevedono l’uso della fotosintesi, tra questi sarà sperimentato un metodo per accoppiare le capacità dei microrganismi alla tecnologia delle celle solari.
“Questa linea di ricerca si basa su lavori riguardanti le capacità di alcuni microrganismi di usare l’elettricità per formare molecole organiche, come il metano. Tali organismi potranno essere ulteriormente modificati e selezionati allo scopo di produrre carburanti liquidi” spiega Bruce Logan, professore di Ingegneria ambientale presso la Pennsylvania State University.

Un altro approccio “non fotosintetico” coinvolge microrganismi estremofili che vivono in ambienti acidi ed elevate temperature. Questi organismi non sfruttano la luce come fonte energetica e non traggono energia dalla demolizione delle molecole organiche per il semplice motivo che il loro ambiente di vita ne è privo. Ottengono energia da altre fonti, come ad esempio dai solfuri metallici, e sfruttano molecole inorganiche come l’anidride carbonica per sintetizzare molecole essenziali per la loro vita come lipidi e proteine.

Questi microrganismi sono stati ampiamente studiati per l’efficienza del loro corredo enzimatico, capace di sopravvivere e funzionare ad elevate temperature. Tali caratteristiche risultano molto interessanti per le possibili numerose applicazioni nei processi industriali.

L’interesse per questi estremofili sta portando ad approfondire la comprensione delle vie metaboliche che permettono la conversione dell’anidride carbonica in molecole organiche.
Gli studi aprono la strada a future possibili modifiche di determinate vie metaboliche dei microrganismi estremofili per indurre la produzione di carburanti.

Tra i numerosi microrganismi utili per questo scopo è stato identificato come promettente Metallosphaera sedula (Huber et al. 1989), archeobattere termoacidofilo che può essere trovato spesso nelle miniere.
Metallosphaera sedula ossida i solfuri metallici per trarre energia e svolgere i processi cellulari. Gli organismi appartenenti a questa specie sintetizzano molecole organiche utili alla produzione di butanolo e di altri carburanti liquidi.

Il progetto condotto dall’Advanced Research Projects Agency-Energy mira quindi ad ampliare le frontiere della ricerca sullo sviluppo dei biocarburanti sia tramite approcci “non fotosintetici” sia tramite altri metodi che non usano microrganismi come ad esempio sfruttare l’energia solare accoppiata a catalisi inorganica per produrre carburanti a partire da acqua e anidride carbonica: una sorta di fotosintesi artificiale.

Esistono numerosi ostacoli alla messa a punto di nuovi approcci “non fotosintetici” per la produzione di biocarburanti, sicuramente è importante verificare se tali approcci possano essere realmente competitivi in termini di efficienza e di costi se paragonati con gli attuali metodi che sfruttano la fotosintesi.