Biocarburanti

Le microalghe sono state utilizzate dai cinesi per scopi medicinali e nutrizionali per migliaia di anni nella convinzione che potessero curare quasi tutte le condizioni di salute. L’idea che le microalghe abbiano straordinari poteri curativi non è così inverosimile come qualcuno potrebbe pensare. Sebbene gli antichi cinesi credessero che le microalghe fossero responsabili dei benefici per il miglioramento della salute, ora sappiamo che in realtà erano i composti biochimici prodotti da queste microscopiche creature a fornire la “magia“.

Esistono circa 100.000 specie di microalghe, ognuna con il proprio insieme distinto di proprietà. Questa diversità consente alle microalghe di prosperare in quasi tutti gli ambienti della Terra. Per lo più esistono in habitat acquatici come acque dolci o reflue, ma sono state trovate nel suolo umido e persino nei banchi di neve.

Le microalghe sono generalmente descritte come verdi, e questo è vero per specie come B. braunii e C. vulgaris. Ma ci sono altre specie, come C. officinalis, che è rossa o F. spiralis, che è marrone. Ogni classificazione produce diversi tipi o quantità di composti biochimici, rendendo alcuni più utili per determinate applicazioni rispetto ad altri.

Negli ultimi decenni la ricerca ha dimostrato l’enorme potenziale delle microalghe, in particolare nella produzione di biocarburanti, un combustibile creato da materiale vegetale o scarti animali. Volevo rivedere questa ricerca per fornire un quadro per stabilire le specie di microalghe più adatte per la produzione di biocarburanti su larga scala che possono alla fine rivaleggiare con i giganti del petrolio e del gas e ridurre la nostra dipendenza dai combustibili fossili.

La magia delle micoalghe

Le microalghe hanno una capacità unica di convertire la luce solare e l’anidride carbonica in un’ampia gamma di composti biochimici. Nonostante siano classificati come animali, metabolizzano allo stesso modo delle piante, producendo ossigeno per reintegrare ciò che noi umani consumiamo. Questo ciclo agisce come un sistema di cattura del carbonio, per cui la CO₂ dannosa nell’atmosfera viene convertita in ossigeno utile. Le microalghe producono anche un’ampia gamma di altri composti che si trovano all’interno delle cellule, e questi sono ciò che rende le microalghe così brave a combattere gli effetti del riscaldamento globale.

Generalmente i prodotti delle microalghe possono essere raggruppati in tre classi: proteine, carboidrati e lipidi (grassi). Ma la ricerca ha scoperto che ci sono molti altri composti biochimici di alto valore che hanno applicazioni significative in un’ampia gamma di settori diversi. Ad esempio, le microalghe producono composti noti come carotenoidi, più comunemente noti come coloranti o pigmenti. Questi composti sono responsabili di conferire al salmone il suo colore rosa, poiché il cibo che mangiano contiene elevate quantità di carotenoidi.

Un’altra classe di composti di alto valore sono gli acidi grassi polinsaturi (PUFA). Questi composti fanno parte della famiglia dei lipidi e svolgono un ruolo fondamentale nel fornire energia alle cellule. Le microalghe sono state considerate una delle fonti più ricche di questi composti, che aiutano a trattare gli effetti del diabete e dell’artrite.

Ma come è possibile per questi organismi produrre olio che può essere utilizzato nelle automobili? La benzina e il diesel attualmente utilizzati derivano dal petrolio greggio che si è formato milioni di anni fa. Ma il moderno biocarburante viene prodotto da organismi viventi in tempo reale

Come si produce il biocarburante

Il biocarburante ricavato dalle microalghe è attualmente una delle alternative ai combustibili fossili più promettenti per sostenere la domanda mondiale di energia. Non è un compito facile, soprattutto dovendo competere con un settore altamente redditizio che è stato stabilito per più di un secolo. Ma a differenza del petrolio, che non è rinnovabile, il biocarburante è una fonte di carburante rinnovabile e sostenibile. Sfortunatamente, l’economia dei biocarburanti non può ancora competere con i combustibili fossili tradizionali. Tutto si riduce alla linea di fondo e attualmente la tecnologia di ampliamento richiesta che non è ancora arrivata.

Le microalghe non producono direttamente biocarburante: producono lipidi (grassi). Per produrre biocarburanti questi grassi devono essere convertiti attraverso un processo noto come transesterificazione. Il processo prevede la rimozione di quanta più acqua possibile, nota come disidratazione, ma ciò richiede quantità significative di energia, con conseguenti costi operativi elevati. Di conseguenza, l’intero processo diventa troppo costoso per competere con l’industria petrolifera e del gas, nonostante il suo impatto ambientale positivo.

Economia a parte, il futuro della coltivazione delle microalghe e dell’estrazione dei lipidi è estremamente promettente. Lo sviluppo di tecnologie ibride accelererà il passaggio globale alla riduzione della nostra dipendenza dai combustibili fossili. Questi includono fabbriche di cellule che utilizzano nanoparticelle d’oro – particelle subatomiche simili agli atomi che formano i mattoni della materia fisica – per aumentare i tassi di produzione e aumentare l’efficienza.

Un’altra possibile soluzione è un processo noto come “mungitura“. I metodi di coltivazione tradizionali per le microalghe significano che vengono distrutte al termine del periodo di coltivazione, il che limita il pieno potenziale di ciò che ogni cellula può offrire. Proprio come la mungitura di una mucca, il processo può essere ripetuto senza uccidere la mucca, e lo stesso vale per le microalghe. Rimuovendo ripetutamente i composti di alto valore dalla stessa coltura di microalghe, è possibile rimuovere i problemi relativi ai costi di produzione elevati, risultando in un processo sostenibile e scalabile per il futuro.

Ciò comporterebbe il fatto che i biocarburanti diventino competitivi in ​​termini di costi rispetto agli attuali combustibili fossili, contribuendo ad accelerare il passaggio a fonti di energia alternative. Sfortunatamente, la prospettiva di una produzione competitiva di biocarburanti ha molta strada da fare prima che possa competere con i prezzi e le quantità dei combustibili fossili. Ma queste tecnologie in via di sviluppo hanno il potenziale per accelerare la transizione necessaria per aiutare il mondo a raggiungere i suoi obiettivi di emissioni per il 2050.

Autore

Callum RussellUniversità della Scozia occidentale