Biotecnologia Sostenibile? Cancellare il Settore dell’Industria Petrolchimica Risparmiando 1 Miliardo di Tonnellate di CO2 è Possibile già da Oggi. Ecco come

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E’ possibile creare una biomassa tale da produrre un numero talmente elevato di sostanze chimiche per risparmiare fino a 1 miliardo di tonnellate di CO2? Questa è la domanda che si sono posti alcuni ricercatori olandesi della Utrecht University concludendo che grazie all’uso di biotecnologie esistenti sarebbe possibile la produzione di tutte sostanze chimiche che potrebbero ridurre il consumo di energia non rinnovabile (nucleare, petrolio, gas, carbone) oltre alle emissioni di carbonio, ricavandole al 100% dalla biomassa come materia prima. In un futuro piuttosto prossimo queste sostanze chimiche potrebbero essere prodotte in bioraffinerie contribuendo in modo molto significativo alla lotta contro il cambiamento climatico, risparmiando fino a 1 miliardo di tonnellate di emissioni di CO2 in tutto il mondo.

Per dare un’idea, questa quantità è l’equivalente della quantità di CO2 prodotta da tutte le automobili, SUV e camion in circolazione sulla terra. Gli scienziati hanno inoltre rilevato la possibilità che in alcuni casi questa soluzione sarebbe più efficiente di quella di utilizzare terreni per farvi crescere materie prime per prodotti chimici sostenibili o biocarburanti. Lo studio è apparso come un interessante articolo aperto sull’Environmental Science & Technology. 

La maggior parte delle sostanze chimiche come etilene, butanolo o diversi acidi rappresentano le materie prime di base utilizzati per la produzione di materie plastiche di qualsiasi tipo, dai fertilizzanti ai componenti elettronici o farmaci. Attualmente la produzione di prodotti chimici alla rinfusa derivati dal petrolio greggio e dal gas naturale, crea miliardi di tonnellate di anidride carbonica ogni anno.

Tuttavia, l’applicazione delle biotecnologie industriali per la produzione di prodotti chimici ha ricevuto molta meno attenzione dei biocarburanti alternativi o derivati dalla biomassa. BG Hermann e colleghi hanno analizzato così le attuali e future linee guida possibili per le15 sostanze chimiche industriali più importanti, oltre al calcolo delle loro emissioni di carbonio e di energia fossile prodotte durante la loro lavorazione e fabbricazione. L’inventario del loro ciclo di vita dimostra che con i progressi della biotecnologia, sarebbe possibile un risparmio di CO2 a livello mondiale nella gamma di 500-1000 milioni di tonnellate all’anno.

• “La Dolcezza” del Processo dalla Culla alla Tomba

I ricercatori stanno così lavorando ad uno studio prospettico di valutazione ambientale che tratta l’impatto ambientale globale di prodotti chimici che non usano energia rinnovabile (NREU), le loro emissioni di gas serra (GHG), e l’utilizzo e sfruttamento del territorio. Il parametro NREU rappresenta un semplice e pratico approccio, perché molti sono gli impatti ambientali connessi all’uso di energia. L’NREU comprende l’energia fossile e l’energia nucleare consumata espressa come valore di riscaldamento (HHV), chiamato anche potere calorifico. In linea con la metodologia LCA, l’NREU riporta dei valori che rappresentano un cumulativo della domanda di energia per il sistema attuale “dalla culla alla tomba”.

Le emissioni di gas serra sono di crescente importanza a causa dell’aumento di attenzione per l’effetto serra nella scena politica, da parte delle imprese, e soprattutto da parte del pubblico. Le emissioni di gas serra sono stati calcolati in CO2 equivalenti e consistono nella quantità di emissioni di gas serra dal sistema in forma di CO2 o CH4, così come il protossido di azoto (N2O) fertilizzante da utilizzare nella produzione di biomassa. E naturalmente le emissioni di CO2 assorbite dall’atmosfera durante la crescita delle piante sono state escluse. Un altro fattore chiave riguarda l’utilizzo del suolo agricolo che sarà di importanza crescente in futuro, a causa della crescita dei terreni requisiti per la coltivazione di colture bioenergetiche e di alimenti oltre ai mangimi animali.

Tre diverse fonti di carboidrati sono stati analizzati, sia che essi siano prodotti attualmente, o quelli che saranno prodotti in futuro. Così il saccarosio dalla canna da zucchero, glucosio da amido di mais, e zuccheri lignocellulosici di biomassa (legno, erba, ecc ..). I ricercatori hanno così scoperto che per la maggior parte dei prodotti, l’energia e le emissioni sono più alti quando la materia prima è la canna da zucchero (sia oggi che in futuro), e addirittura superiore a quello dello zucchero da lignocellulosici e biomassa. Scatenando così la polemica fra molti ricercatori e università.

• Risparmiare CO2 e Gas Serra Grazie alle Biotecnologie

I ricercatori hanno scoperto i prodotti con il più alto relativo risparmio di etilene, etanolo e butanolo Quasi tutti i gas serra prodotti potrebbero essere risparmiati con le attuali tecnologie. Per il PHA e l’acido adipico, dipende dalla fonte di zuccheri fermentescibili. L’acido acetico non offre alcun risparmio utilizzando le attuali tecnologie a causa della bassa produttività in fermentazione. Il risparmio di gas serra PTT è basso perché questo polimero è ottenuto da DOP e acido tereftalico purificato, e quest’ultimo deve essere prodotto a partire da materie prime petrolchimiche.  I gas a effetto serra prodotti dalla canna da zucchero come fonte di zuccheri fermentescibili sono chiaramente superiori a quelli della farina di granturco a causa della coproduzione di quantità significative di energia per essere esportati.

Gli zuccheri lignocellulosici sono preferibili all’amido di mais come fonte di zuccheri fermentescibili. In climi temperati, come Europa e Nord America, dove la canna da zucchero non è disponibile dalla produzione interna, gli zuccheri lignocellulosici dovrebbe essere preferiti in futuro come preziosa materia prima. È interessante notare, in alcuni casi di lignocellulosici e canna da zucchero, dove il risparmio arriva al 100%, perché l’energia derivante dalla co-combustione di rifiuti e biomassa o dalla produzione agricola è più grande delle emissioni di gas serra prodotte durante il processo industriale tramite biotecnologie. In un certo senso, alcuni di questi prodotti rinnovabili addirittura non si limitano ad essere neutri di carbonio, ad emissioni negative ossia sono in grado di assorbirle. In media, i gas serra risparmiati per i futuri utilizzi di biotecnologie industriali sono attorno al 25-35% superiori rispetto a quelli delle attuali tecnologie. Ciò dimostra che il progresso tecnologico può migliorare ulteriormente l’ambiente rispetto all’utilizzo di sostanze equivalenti petrolchimiche.

• Sostanze Chimiche Sostenibili e Utilizzo di Terra

In alcuni casi l’inefficienza dei processi di fermentazione richiedono notevolmente più terra per la produzione di biomassa. Se il terreno diventa disponibilità limitata, bisognerebbe considerare un risparmio di gas serra massimizzato per un determinato ammontare di terra o, in alternativa, l’uso del territorio deve essere ridotto al minimo per salvare una certa quantità di gas serra. Ciò dimostra che esiste una correlazione tra il tipo di prodotti chimici e la quantità di uso del suolo per la produzione di canna da zucchero ad esempio. Per la produzione di una tonnellata di acidi carbossilici sono necessari 0,1-0,2 ettari di terra, mentre per gli alcoli sono necessari 0.25-0.35 ettari per una tonnellata. Per il PTT, l’uso del territorio e risparmio di gas serra sono bassi perché solo una parte di questo polimero può essere prodotto partendo da materie prime vegetali.

La produzione di combustibile etanolo dalla canna da zucchero offre un risparmio di 10-16 t di CO2 per ogni ettaro coltivato. L’analisi delle future tecnologie mostrano che l’uso del suolo e l’efficienza in termini di risparmio di CO2 per ettaro è di gran lunga migliore di quello di mais Stover e dello zucchero di canna (grafico 3, clicca per ingrandire). La biomassa utilizzata per la produzione di energia elettrica per uso domestico ci farà risparmiare circa 12 t di CO2 per ettaro.

• Sostanze Chimiche e Biotecnologie: Totale Potenziale

Il futuro potenziale di risparmio è molto elevato per l’utilizzo di sostanze chimiche provenienti da materie prime lignocellulosiche (820 milioni di tonnellate di CO2) o di canna da zucchero (1.030 milioni di tonnellate di CO2, eq) se questo fossero utilizzate come materie prime. In sintesi, anche allo stato attuale, utilizzare sostanze chimiche basate sulla biomassa grazie alla biotecnologia industriale offre un chiaro risparmio di energia non rinnovabile ed emissioni di gas serra, rispetto alla convenzionale produzione petrolchimica.

Di tutte le materie prime, la canna da zucchero deve essere favorita sul lignocellulosico, che a sua volta, è preferibile all’amido di mais come fonte di zuccheri fermentescibili per massimizzare il risparmio. I ricercatori concludono che utilizzando la biotecnologia industriale per la produzione di sostanze chimiche da fonti vegetali rinnovabili si può contribuire in maniera significativa alla riduzione del cambiamento climatico e l’esaurimento delle energie fossili. Si tratta quindi di una strategia chiave per lo sviluppo sostenibile dell’industria chimica.

[ Links utili e approfondimenti ]

• Biopact

• Verso la Chimica Sostenibile. Soluzione per un Industria ed Economia allo Sbaraglio. Le Grandi Scelte che Puntano sulla Sostenibilità, l’Innovazione, la Qualità e l’Avanguardia

• Genomatica e la Chimica Sostenibile: La Prima Plastica BDO prodotta da Batteri OGM. Non più da materie petrolchimiche ma dallo zucchero, ecco la prima rivoluzione sostenibile per l’industria chimica

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