Biotecnologie e nuove frontiere Questo processo coinvolge differenti tipi di batteri e di prodotti organici da trattare e può essere così schematizzato: idrolisi delle molecole, con degradazione delle sostanze organiche fino a prodotti a basso peso molecolare (acidi organici, idrogeno e anidride carbonica); metanogenesi, cioè produzione di metano da decomposizione batterica degli acidi grassi. Il processo è determinato da alcuni fattori ambientali, come temperatura (optimum intorno ai 35 °C), pH compreso fra 6,5 e 7,5, composizione del materiale. Produzione di alcol combustibile Le biomasse interessate per la produzione di alcol sono: colture zuccherine, colture amilacee, materiale ligneocellulosico. Colture zuccherine sono la barbabietola da zucchero, la canna da zucchero e il sorgo zuccherino. Quest ultima coltura, in particolare, viene studiata come coltura industriale da impiantare in terreni impervi. La fermentazione è condotta dal Saccharomyces cerevisiae e produce etanolo senza passaggi intermedi. Colture amilacee sono patate, cereali, riso e soprattutto il topinambur, pianta di rapida crescita e poco esigente, ritenuta coltura industriale. La fermentazione deve di energia in quanto apportano qualche cambiamento alle tecniche di coltivazione, che passano dagli attuali cicli pluriennali ai cicli a turno breve. Una seconda classe raggruppa le specie spontanee, talora esotiche, non ben conosciute e non ancora utilizzate ma che, per le loro caratteristiche, potrebbero essere introdotte nel nostro sistema agricolo. Si tratta di piante in genere di origine tropicale o sub-tropicale che, essendo adattate a notevoli temperature, elevato soleggiamento, stagioni vegetative lunghe, potrebbero trovare impiego soprattutto nelle regioni del Sud Italia. Le ricerche agronomiche, infatti, sono volte a individuare fra le specie colturali quelle caratterizzate da alta efficienza fotosintetica come le piante a ciclo C4, che possiedono un bilancio energetico favorevole con basso costo energetico e limitata necessità di pratiche agronomiche, quali lavorazioni del terreno, concimazioni, irrigazioni. Inoltre, sono state rivalutate alcune colture prima considerate infestanti, come il cardo, la ginestra e la robinia, in grado di crescere in condizioni estreme, in terreni aridi e improduttivi, e anche colture tipiche della fascia subtropicale come il sorgo zuccherino. Particolare interesse presentano le ricerche per selezionare le specie più adatte a essere utilizzate esclusivamente per la produzione energetica, a turni brevissimi (Short Rotation Forestry, SRF). Le moderne tecniche colturali tendono ad aumentare la densità di impianto e a ridurre l intervallo di tempo fra due tagli successivi, fino a portarlo a pochi o pochissimi anni. Le prime esperienze per l impiego di specie forestali per la produzione di energia a rapido accrescimento e a breve turno di rotazione furono condotte in Svezia nel 1973. Esse riguardano, oltre alla fattibilità economica, i metodi di coltivazione, le condizioni climatiche, le caratteristiche dei suoli, la produzione del materiale necessario per l avvio di sperimentazioni su larga scala, il 0110.Parte1_Cap_04.indd 141 141 Capitolo 4 essere preceduta dall idrolisi enzimatica dell amido in zuccheri semplici ad opera dell alfa-amilasi e della glucoamilasi. Materiale ligneo-cellulosico: proviene da colture forestali a rapida crescita (pioppo) e da residui di attività agricole, urbane e industriali (carta, cartone, ecc.). il processo più complicato a causa della resistenza all idrolisi di emicellulose, cellulosa e lignina. Dalla cellulosa si ricava glucosio che viene fermentato ad alcol dal Saccharomyces cerevisiae, ingegnerizzato per aumentare la resistenza all alcol. L utilizzo dell alcol come combustibile ha avuto un notevole sviluppo dopo il rialzo del prezzo del petrolio e in alcuni Paesi, ad esempio in Brasile, esistono già da tempo distributori di carburante ottenuto dai residui vegetali. Si prospetta, dunque, un futuro in cui i residui di coltivazione, ma anche coltivazioni apposite, forniranno, assieme al metano, buona parte dell energia necessaria a far funzionare la nostra civiltà, contribuendo drasticamente a ridurre le quote di petrolio e carbone. Produzione di idrogeno Anche l idrogeno già rappresenta un combustibile adatto a impieghi su larga scala, anche se esistono ancora alcuni problemi tecnologici legati alla produzione, al trasporto e all accumulo per tempi lunghi. controllo delle malattie, i bilanci energetici, l ottimizzazione delle operazioni di taglio, raccolta e stoccaggio. Queste ultime operazioni sono più semplici per piante con bassa umidità, come il cardo (che è una pianta poliennale) o il Miscanthus (che ha un periodo di raccolta capace di prolungarsi per 3 4 mesi), ma diventano particolarmente difficoltose per le colture zuccherine come la canna da zucchero e il sorgo zuccherino (che sono facilmente fermentescibili e necessitano di lavorazioni rapide durante o subito dopo la raccolta) e per le colture che producono biomassa con umidità superiore al 25 30% (in particolare il pioppo, la rubinia e il salice sono costituiti per il 50% da umidità). Per queste specie poliennali la raccolta deve essere effettuata ogni 2 3 anni. Per risolvere i gravi problemi della conservazione sono state sviluppate tecniche di disidratazione della biomassa nel campo o in cumuli coperti a seconda del periodo di raccolta e sono state realizzate macchine specifiche come quelle che consentono la raccolta della canna intera del sorgo zuccherino permettendone lo stoccaggio fino a 30 giorni ed evitando così le perdite di zuccheri. Va, inoltre, tenuto conto del contributo offerto dalle moderne biotecnologie poiché spesso le colture tradizionali sono state sostituite con varietà transgeniche più resistenti, soprattutto agli insetti. Ciò ha comportato maggiore produttività (circa il 15%) e diminuzione dell uso di fitofarmaci, con conseguente diminuzione dei costi della bioenergia, che sono stati ridotti di 1/3 negli ultimi 10 anni. Recentemente, in diverse zone europee, è tornato alla ribalta l interesse per la canapicoltura. La canapa, pianta molto diffusa nel mondo, poiché si adatta facilmente a climi e ambienti diversi, per secoli è stata usata come fonte di energia, possiede, infatti, il 17% di cellulosa in più rispetto al legno e ad altre colture. 02/03/21 16:54