nov 13, 2009

Il Contributo delle Microalghe per le Bioenergie

Tag:Alghe, Biodiesel dalle Alghe, Microlife, Nitrati

a cura di Matteo Villa – Microlife srl

MICROLIFE e MAD : primo esperimento a Frosinone

Sono quattro le emergenze che l’umanità dovrà affrontare nei prossimi decenni: fame, carenza d’acqua, cambiamento climatico globale e esaurimento dei combustibili fossili. A centocinquant’anni dalla scoperta del petrolio, le agenzie internazionali per l’energia segnalano che nel prossimo decennio la produzione di petrolio non riuscirà a tenere testa alla domanda creando non sottovalutabili ulteriori squilibri sui prezzi. Ormai le emissioni di anidride carbonica sono sotto processo per attentato alla sopravvivenza della specie, ma un aiuto può venire dalle colture massive di microalghe. Le biotecnologie fotosintetiche con nuovi enzimi, microalghe e batteri, stanno creando le basi per risolvere nel medio periodo la subalternità del nostro pianeta dall’era carbodipendente.

Le Microalghe

In natura microalghe e cianobatteri sono il primo anello della catena alimentare, infatti, sono produttori primari nelle acque, entrano in molte simbiosi, colonizzano rocce, suoli desertici, ghiacci polari ed alpini e sono presenti nel suolo agrario e forestale. Le microalghe, compresi i cianobatteri sono direttamente responsabili di poco meno del 50% della fotosintesi sulla terra. I primi studi sulle colture algali in laboratorio, determinanti per la comprensione dei meccanismi alla base della fotosintesi ossigenica, risalgono agli inizi dello scorso secolo. Da questi studi hanno preso spunto le prime ricerche di carattere applicativo sulle microalghe, in particolare sulle colture massive di Chlorella e Scenedesmus, in Giappone, Germania e Stati Uniti. Dalle alghe possono essere estratte molecole ad alto valore aggiunto come acidi grassi, pigmenti e isotopi biochimici stabili. Alcuni metaboliti possiedono attività farmacologiche, anticolesterolo, antitumorale, antibatterico e antimicotico.

Oltre che per il consumo umano vengono impiegate come alimentazione per acquicoltura. Un altro interessante campo di applicazione è quello del trattamento delle acque grazie alla loro capacità di sequestrare, rimuovere o trasformare inquinanti come azoto e fosforo, metalli pesanti dalle acque reflue, la CO2 e gli NOx dai gas di combustione (vedi anche: Come le Alghe Possono Risolvere il Problema dei Nitrati).

Le Biomasse e i Nuovi Scenari dell’Energia Locale

La sempre maggiore richiesta di energia e in particolare di biocombustibili ha comportato una riconversione significativa delle coltivazioni tradizionali, verso coltivazioni energetiche.Tuttavia questo diverso utilizzo, supportata dalla forte domanda, ha contribuito ad un’impennata incontrollata del prezzo degli alimenti sui mercati mondiali, in particolare dei cereali, con grave danno per le popolazioni povere del pianeta.

Le microalghe non essendo collegate in alcun modo alla filiera alimentare hanno aperto nuovi promettenti scenari nella produzione di biocarburanti. La loro elevatissima velocità di crescita permette l’accumulo in tempi rapidi di biomassa e l’assorbimento di significative quantità di CO2. L’efficienza di conversione dell’energia solare in biomassa delle colture algali è molto maggiore di altre colture tradizionali. Si pensi che da un ettaro di girasole o di colza si possono produrre 700-1000 kg di olio per anno, mentre le colture algali, se realizzate in adeguati impianti a reattori chiusi o “fotobioreattori”, possono superare, nelle nostre regioni centrali e meridionali, le 20 tonnellate di olio per ettaro anno ed hanno un potenziale di oltre 30 tonnellate nei paesi tropicali.

Molte specie algali contengono percentuali significative di lipidi e amido, componenti fondamentali per le applicazioni energetiche. La notevole capacità delle microalghe di assorbire anidride carbonica, circa due chilogrammi di CO2 per ogni chilogrammo di biomassa algale prodotta, ne rende interessante l’utilizzo anche per impianti Carbon capture integrando le colture a processi che emettono CO2. Gli impieghi energetici naturali sono la combustione della biomassa algale per la produzione di elettricità, l’utilizzazione diretta delle microalghe tal quali per l’alimentazione dei digestori anaerobici per la produzione di biogas e di grande interesse sono senza dubbio la produzione di biodiesel e jetfuels a partire dai lipidi prodotti.

Microalghe: Come si Coltivano

La coltivazione di massa di alghe unicellulari in ambiente controllato rientra nelle attività di allevamento di organismi vegetali acquatici. La coltivazione può essere di tipo “indoor” attraverso fotobioreattori o “outdoor” in open pond. Attraverso la realizzazione di sistemi integrati, in aziende agricole o in discariche per rifiuti solidi urbani, è possibile chiudere il ciclo e ottenere una riduzione delle emissioni di anidride carbonica.

Un esempio sperimentale può essere la sperimentazione appena visitata dall’ENEA che sta effettuando Microlife presso l’innovativa e tecnologica discarica MAD a Frosinone. Un ciclo chiuso, dove la biomassa algale serve ad alimentare un digestore anaerobico, i cui reflui carichi di nitrati, insieme al distillato di percolato, vengono utilizzati nella coltura di microalghe che ne sequestra le componenti azotate. Il biogas prodotto viene bruciato nei motori per produrre elettricità e la CO2 e NOX prodotta viene insufflata nei bioreattori e filtrata dalla coltura algale. Anche l’acqua calda dei prodotta dai cogeneratori verrà riutilizzata per tenere in temperatura la coltura in inverno. I ceppi di microalghe sono stati isolati in canali di scolo adiacenti, eliminando il rischio ambientale di diffusione di ceppi e specie non autoctone.

Ad oggi le microalghe stanno diventando famose per gli ingenti investimenti delle grandi compagnie petrolifere, come abbiamo già trattato, Exxon compagnia Americana ha annunciato 600 milioni di dollari di investimento per perfezionare la produzione di biocarburante. Ma molte altre sono le potenzialità di questi microscopici essere viventi, il ricercare solo biocarburante appare assai riduttivo.