Energia sostenibile da biomasse 4-BIO SystemBioetanolo -Metano - compost - alghe

21.01.2013 12:02

 

Prof. Marco de Bertoldi 

Ordinario di Microbiologia Industriale  - Università di Udine -

Membro delegato per l’Italia nella Commissione Ambiente dell’Unione Europea

La riduzione del consumo di petrolio fossile ha spinto la ricerca mondiale a cercare nuove fonti di energia sostenibile. L’utilizzo per questo scopo di alimenti agricoli è fallito in quanto ha determinato un incremento elevato dei costi degli alimenti usati per produrre energia.

Questo progetto è il risultato di otto anni di collaborazione fra:

Prof. Marco de Bertoldi, Università di Udine;

Prof. Werner Bidlingmaier, Bauhaus University, Weimar, Germania;

Prof. Zang Peng, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, Cina.

Prof. Clearance Golueke, Berkeley University, USA

 

Questa ricerca ha portato alla realizzazione di un sistema integrato di quattro diversi processi microbici allo scopo di trasformare biomasse e rifiuti organici in energia sostenibile, senza alcuna produzione di rifiuti e di inquinamento.

Il sistema innovativo consiste nell’utilizzazione integrata di 4 processi metabolici dei microrganismi:

1. Fermentazione                  Bioetanolo

2. Respirazione anaerobica    Metano (energia elettrica e termica)

3. Respirazione aerobica       Compost

4. Fotosintesi                       Alghe (biodiesel)

I residui del primo processo (fermentazione) vengono utilizzati come prodotti di partenza per il secondo processo (digestione anaerobica). I residui della D.A. (fanghi), miscelati con residui lignocellulosici vengono impiegati come materiale di partenza per il compostaggio.

Tutte le emissioni di CO2 dei tre processi industriali vengono convogliate ad una coltura di microalghe con il doppio vantaggio di eliminare le emissioni di CO2 in atmosfera (carbon credits) e di incrementare il metabolismo fotosintetico delle alghe. La massa algale contiene fino a 65% delpeso secco di olio che viene utilizzato direttamente come biodiesel.

 

1. Fermentazione

Ceppi Microbici geneticamente modificati e selezionati possono fermentare simultaneamente zuccheri diversi (pentosi ed esosi) derivati dall’idrolisi (enzimatica o chimica) di residui ligno-cellulosici.

Dalla idrolisi di cellulosa, amido, emicellolose e pectine si ottiene: glucosio, galattosio, mannosio, arabinosio, xilosio e acido galatturonico, fermentabili a etanolo con un processo unico.

Dall’idrolisi della lignina si ottiene fenil-propano non fermentabile. La lignina infatti va direttamente al compostaggio.

 

2.Digestione anaerobica

8 sistemi diversi di digestione anaerobica possono essere utilizzati a seconda della tipologia delmateriale da trattare, con rese elevare in metano. 1 T di sostanza organica produce fino a m3 1000 di CH4 che equivale a circa 6 MW/h di energia elettrica.

 

3. Compostaggio

I fanghi della D.A. e residui ligno-cellulosici vengono trasformati, con un processo controllato, in compost soppressivo verso agenti fitopatogeni. Il suo impiego in agricoltura (colture in serra, vivaismo, viticoltura, orticoltura, floricoltura, ecc.) riduce o elimina l’impiego di pesticidi. Lo I.A.R.C. (International Association on Cancer Research) ha valutato che almeno il 20% di mortalità per tumori nell’uomo è dovuta all’ingestione di pesticidi e loro metaboliti presenti negli alimenti.

L’uso del compost in particolare in viticoltura, soprattutto in terreni poveri in sostanza organica,contribuisce a migliorare la qualità delle uve e del vino.

 

4. Alghe

La CO2 emessa dai tre processi (fermentazione, digestione anaerobica con produzione di energiaelettrica, compostaggio) è raccolta e convogliata in una coltura di alghe sia per evitare la suaemissione in atmosfera, sia per incentivare la crescita dell’alga stessa. Più di 1000 specie diversedi alghe (sia marine sia di acqua dolce) possono essere impiegate in colture intensive, con tubidi plastica trasparente illuminati 24 ore al giorno. La resa di questo sistema è altissima: T 450 dibiodiesel per ettaro e per anno.L’utilizzo da parte della alghe di tutta la CO2 prodotta dall’impianto, in accordo con il Protocollodi Kyoto porta all’impianto un notevole contributo economico (Carbon Credits).

 

Vantaggi del sistema integrato

• Produzione elevata di bioetanolo da rifiuti organici (di II generazione) puro al 99,99%, prodottocon tecnologie innovative a costi più bassi e senza interferire con i costi di alimenti umani.

• Sistema integrato sostenibile che produce energie da fonti rinnovabili senza alcuna produzionedi rifiuti e inquinamento ambientale (aria, suolo e acqua).

• La produzione di compost soppressivo riduce o elimina l’impiego di pesticidi con elevati vantaggisia per gli operatori agricoli, sia per i consumatori di alimenti contenenti pesticidi.

• L’utilizzazione di alghe ha due indiscussi vantaggi: elimina la CO2 prodotta dai 3 processi industrialiprecedenti e fornisce una elevata produzione di biodiesel. Nessuna altra coltura agricolasi avvicina a quella delle alghe: 

 

                                           grano T. 0,3/ha/anno

Produzione di biodiesel:         soia T. 0,5/ha/anno                                            

                                           alghe T. 450/ha/anno