{"id":3035,"date":"2012-08-03T09:26:11","date_gmt":"2012-08-03T09:26:11","guid":{"rendered":"http:\/\/blog.crit-research.it\/?p=3035"},"modified":"2015-06-12T13:53:16","modified_gmt":"2015-06-12T13:53:16","slug":"produrre-biometano-dallelettricita-grazie-ai-microbi","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/crit-research.it\/it\/tecnologia\/produrre-biometano-dallelettricita-grazie-ai-microbi\/","title":{"rendered":"Produrre biometano dall\u2019elettricit\u00e0 grazie ai microbi"},"content":{"rendered":"

Secondo gli scienziati di Stanford<\/a> e della Pennsylvania State Universities<\/a>, in un prossimo futuro il panorama delle fonti energetiche rinnovabili potrebbe cambiare sostanzialmente grazie all\u2019impiego di microbi capaci di convertire l\u2019elettricit\u00e0 in metano.<\/p>\n

I ricercatori di entrambi i campus hanno infatti avviato un programma di ricerca su alcune specifiche colonie di microrganismi, chiamati metanogeni<\/strong>, che hanno la straordinaria capacit\u00e0 di trasformare l’energia elettrica in metano puro. L\u2019obiettivo degli scienziati \u00e8 quello di creare veri e propri impianti microbici di grandi dimensioni, in grado di trasformare l\u2019energia elettrica (proveniente ad esempio da energia solare, eolica o nucleare) in metano combustibile e altri composti chimici preziosi per l’industria.<\/p>\n

<\/object><\/p>\n

Secondo Alfred Spormann, professore di ingegneria chimica e di ingegneria civile e ambientale presso la Stanford University, l\u2019approccio microbico eliminerebbe la necessit\u00e0 di utilizzare risorse fossili per produrre metano e altre importanti molecole organiche di impiego industriale. La maggior parte del metano attualmente utilizzato \u00e8 infatti derivato dal gas naturale, che \u00e8 un combustibile fossile, e la sua combustione accelera il riscaldamento globale attraverso il rilascio di anidride carbonica rimasta intrappolata sotto terra per millenni. L\u2019intero processo di metanogenesi microbica previsto dagli scienziati \u00e8 invece \u201ccarbon neutral<\/strong>“, in quanto la CO2<\/sub> rilasciata durante la combustione deriva dall’atmosfera, e \u00a0l’energia elettrica utilizzata proviene da fonti rinnovabili o energia nucleare, che sono anch\u2019esse CO2<\/sub>-free. In pi\u00f9, dato che il metano stesso \u00e8 un gas serra formidabile (20 volte pi\u00f9 potente della CO2<\/sub>), un impianto di produzione microbica presenterebbe l\u2019ulteriore vantaggio di garantire una gestione del metano completamente sicura, minimizzando cos\u00ec la possibilit\u00e0 di dispersione incontrollata del gas nell’atmosfera.<\/p>\n

Inoltre, i microbi che producono metano potrebbero contribuire a risolvere una delle maggiori sfide per la diffusione dell\u2019energia rinnovabile su larga scala, ovvero il problema dello stoccaggio energetico<\/strong>.\u00a0I metanogeni metabolizzano l’energia elettrica in energia chimica sotto forma di metano, che in questo caso svolgerebbe il ruolo di vettore energetico<\/strong> facilmente stoccabile, oltre che di combustibile. \u00c8 da ricordare che l\u2019abbinamento tra vettori energetici e fonti rinnovabili \u00e8 considerato un fattore chiave per la diffusione delle energie pulite su larga scala, basti pensare alle famose pubblicazioni di J.Rifkin riguardanti l\u2019impiego di idrogeno come vettore energetico. In questo caso, il vettore energetico metano, presenta anche il considerevole vantaggio di essere gi\u00e0 dotato di propria una rete di distribuzione, oltre che di tecnologie di sfruttamento ben consolidate.<\/p>\n

Metano ‘Green’<\/strong><\/p>\n

Il team di Stanford e della Pennsylvania State Universities sta quindi adottando un approccio “verde” alla produzione di metano. Invece di estrarre il metano attraverso pompe e trivelle, gli scienziati prevedono di utilizzare grandi bioreattori pieni di metanogeni – organismi unicellulari che assomigliano a batteri ma appartengono a un gruppo geneticamente distinto di microbi chiamati archeobatteri.<\/p>\n

La metanogenesi <\/strong>\u00e8 una forma di respirazione anaerobica: le forme di vita metanogene non utilizzano infatti l’ossigeno, il quale risulta addirittura tossico per questi organismi. Al posto dell’ossigeno i metanobatteri usano come accettore finale di elettroni il carbonio molto ossidato presente in alcuni composti a basso peso molecolare, come ad esempio la CO2<\/sub>. Gli elettroni provengono dall’ossidazione di idrogeno gassoso ottenuta grazie al passaggio di corrente elettrica, e vengono ceduti al carbonio presente su un opportuno substrato, riducendolo fino ad ottenere metano puro, che viene infine espulso nell\u2019atmosfera.<\/p>\n

Il metano prodotto con questo sistema potrebbe essere utilizzato per tutti gli usi energetici<\/strong>, compresi i trasporti<\/strong>. Nello scenario ideale, le culture metanogene potrebbero essere alimentate con un costante rifornimento di elettroni generati da fonti di energia prive di emissioni, come celle solari, turbine eoliche e reattori nucleari. I microbi utilizzerebbero questi elettroni puliti per metabolizzare l’anidride carbonica in metano, il quale potrebbe poi essere stoccato e distribuito secondo necessit\u00e0 attraverso gli impianti di gas naturale gi\u00e0 esistenti.<\/p>\n

Il ciclo del carbonio<\/strong> in questo caso sarebbe chiuso, in quanto l’anidride carbonica prodotta quando il metano microbico viene bruciato come combustibile, verrebbe riciclata nuovamente nell’atmosfera \u00a0da cui ha avuto origine – a differenza della convenzionale combustione del gas naturale, in cui la CO2<\/sub> contribuisce al riscaldamento globale.\u00a0Infine, secondo i ricercatori di Stanford, il metano microbico \u00e8 molto pi\u00f9 \u201cecofriendly\u201d dell\u2019etanolo e di altri biocarburanti, la cui produzione richiede ettari di terreni agricoli, cos\u00ec come fertilizzanti, pesticidi, irrigazione e complessi impianti per la fermentazione.<\/p>\n

Comunit\u00e0 microbiche e tecnologie catodiche avanzate<\/strong><\/p>\n

Affinch\u00e9 questa nuova tecnologia diventi commercialmente valida e applicabile su larga scala, \u00e8 necessario affrontare una serie di sfide. Secondo Bruce Logan, professore di ingegneria civile e ambientale presso la Pennsylvania State Universities, \u00e8 necessario innanzi tutto approfondire la conoscenza di base dei meccanismi attraverso i quali questi organismi convertono gli elettroni in energia chimica.<\/p>\n

Nel 2009, il laboratorio di Logan \u00e8 stato il primo a dimostrare come un ceppo di metanogeni noto come Methanobacterium palustre<\/strong> fosse in grado di convertire una corrente elettrica direttamente in metano. Per l’esperimento, Logan e i suoi colleghi della Pennsylvania State Universities hanno costruito una batteria reversibile con elettrodi positivi e negativi messi in un bicchiere contenente acqua arricchita di sostanze nutritive. I ricercatori hanno quindi diffuso un biofilm contenente una miscela di Methanobacterium palustre e altre specie microbiche sul catodo. Quando \u00e8 stata applicata la corrente elettrica, il Methanobacterium palustre ha cominciato a produrre gas metano, con un\u2019efficienza di circa l’80%.<\/p>\n

Il tasso di produzione di metano si \u00e8 mantenuto elevato finch\u00e9 la popolazione microbica mista \u00e8 rimasta intatta, ma quando un ceppo precedentemente isolato di \u00a0Methanobacterium palustre puro \u00e8 stato posto da solo sul catodo, il tasso \u00e8 crollato, suggerendo che i batteri metanogeni separati da altre specie microbiche sono meno efficienti di quelli che vivono in una comunit\u00e0 naturale complessa<\/strong>. Per esempio, batteri che consumano ossigeno possono contribuire a stabilizzare la comunit\u00e0, impedendo l’accumulo di ossigeno gassoso, che \u00a0i metanogeni non possono tollerare. Altri microbi invece competono con i metanogeni per gli elettroni.<\/p>\n

Per ottimizzare la produzione di metano, il team di Stanford sta cercando di sviluppare colture di laboratorio costituite da ceppi misti di archeobatteri e batteri<\/strong>. Questo zoo microbico comprende specie batteriche in grado di competere con i metanogeni per l\u2019anidride carbonica, che i batteri possono utilizzare per produrre acetato – un ingrediente importante per fabbricare aceto, prodotti tessili e una variet\u00e0 di prodotti chimici industriali. D\u2019altra parte, alla Pennsylvania State Universities, il laboratorio di Logan sta portando avanti la progettazione e la sperimentazione di tecnologie catodiche avanzate<\/strong>, in grado di favorire la crescita di metanogeni e massimizzare la produzione di metano. La squadra della Pennsylvania State Universities sta infatti studiando nuovi materiali per elettrodi, compreso un tessuto a trama di carbonio che potrebbe eliminare la necessit\u00e0 di platino e altri catalizzatori costituiti da metalli preziosi.<\/p>\n

La ricerca di Stanford e della Penn State \u00e8 finanziata da una sovvenzione triennale del Global Climate Energy Project a Stanford.<\/p>\n

Fonte: Stanford University<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Secondo gli scienziati di Stanford e della Pennsylvania State Universities, in un prossimo futuro il panorama delle fonti energetiche rinnovabili potrebbe cambiare sostanzialmente grazie all\u2019impiego di microbi capaci di convertire l\u2019elettricit\u00e0 in metano. 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