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Biocombustibili da alghe

    Pubblicato sulla rivista “Plos Biology” lo studio coordinato da Roberto Bassi del dipartimento di Biotecnologie dell’ateneo

     

    Importante riconoscimento scientifico per l’Università di Verona e in particolare per la facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali. Il gruppo di lavoro composto da Giulia Bonente e Matteo Ballottari, guidato dal professor Roberto Bassi, docente di Fisiologia Vegetale del Dipartimento di Biotecnologie, con la collaborazione di ricercatori delle Università di Berkeley e di Padova ha realizzato una ricerca per la produzione di bio-combustibili da alghe.

    I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati da Plos Biology, una delle riviste più prestigiose in ambito scientifico.

    Le alghe unicellulari sono da tempo indicate come la risorsa più promettente che ci permetterà di sostituire il petroliopetrolio
    Combustibile di colore da bruno chiaro a nero, costituito essenzialmente da una miscela di idrocarburi. Si è formato per azioni chimiche, fisiche e microbiologiche da resti di microorganismi (alghe, plancton, batteri) che vivevano in ambiente marino addirittura prima della comparsa dei dinosauri sulla terra. I principali composti costituenti del petrolio appartengono alle classi delle paraffine, dei nafteni e degli aromatici, che sono composti organici formati da carbonio e idrogeno e le cui molecole sono disposte secondo legami di varia natura.
    con una materia prima ricca di energiaenergia
    Fisicamente parlando, l’energia è definita come la capacità di un corpo di compiere lavoro e le forme in cui essa può presentarsi sono molteplici a livello macroscopico o a livello atomico. L’unità di misura derivata del Sistema Internazionale è il joule (simbolo J)
    da cui si possono ricavare combustibili puliti come il bio-diesel ed il bio-idrogenoidrogeno
    Primo elemento della tavola periodica, presente sulla Terra in forma combinata, soprattutto nell’acqua e nei composti organici. Esso è costituito da 3 isotopi: prozio (cioè l’idrogeno propriamente detto) per più del 99.9 %, il deuterio e il trizio. La forma molecolare dell’idrogeno (H2) dà origine ad un gas inodore, incolore, altamente infiammabile e molto più leggero dell’aria (ecco perché lo si trova in bassissime concentrazioni in atmosfera).
    . Questi combustibili non aumentano il livello di CO2CO2
    Gas inodore, incolore e non infiammabile, la cui molecola è formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. È uno dei gas più abbondanti nell’atmosfera, fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali (fotosintesi e respirazione).

    atmosferica e possono essere prodotti direttamente dall’energia solareenergia solare
    Energia radiante derivante dal Sole e che raggiunge la Terra sotto forma di radiazione elettromagnetica. Ad oggi esistono fondamentalmente due modi per sfruttare l’energia solare direttamente: attraverso i pannelli solari (per la produzione di energia termica ed elettrica), pannelli fotovoltaici (per la produzione di energia elettrica). L’energia dal Sole è fondamentale anche per lo sviluppo delle altre forme di energia rinnovabili (per esempio per la crescita della biomassa, per i moti dei venti, per il ciclo idrologico delle acque, ecc..).
    , una risorsa di cui il nostro paese è ricco. Tale prospettiva è stata finora allontanata dal basso rendimentorendimento
    In termini generali il rendimento è il rapporto tra “quanto ottenuto” in un processo e “quanto speso” per fare avvenire lo stesso processo. In termodinamica rappresenta la capacità di un sistema di convertire l’input di calore in lavoro utile. Il rendimento è un numero puro (cioè non ha unità di misura) ed è sempre compreso tra 0 e 1. A seconda dei termini che vengono messi a confronto è possibile ottenere diverse tipologie di rendimento utili a definire la bontà di un processo o di una macchina (per esempio rendimento elettrico, rendimento termico, ecc..) ma il ragionamento alla base è sempre lo stesso.
    delle alghe quando, invece che nel loro ambiente naturale, sono cresciute negli impianti (fotobioreattori) per il loro sfruttamento industriale. In queste condizioni di affollamento e luce eccessiva le alghe sono sottoposte a stress e attivano dei meccanismi di difesa che limitano la crescita ulteriore trasformando, invece, l’energia solare in calore.

    Gli alti costi per la costruzione degli impianti, assieme alla bassa produttività, hanno finora scoraggiato gli investimenti produttivi – spiega Bassi -. La ricerca, condottacondotta
    Rete di tubazioni adibite al trasporto di combustibili (gas e petrolio) dai luoghi di produzione ai luoghi di stoccaggio, di imbarco, di trattamento e di consumo.
    a Verona ha identificato le proprietà della proteina LhcSR3, prodotta dalle alghe in condizioni di stress luminoso e dimostrato che proprio questa proteina è in grado di catalizzare la reazione di trasformazione della energia luminosa in calore, sottraendola al metabolismo dell’alga e limitando la crescita
    “.

    Per i loro esperimenti i due ricercatori, Bonente e Ballottari, si sono più volte recati all’Università di Berkeley, dove hanno potuto misurare l’attività della proteina, prodotta in laboratorio con tecniche di ingegneria genetica, con i laser ultraveloci disponibili all’istituto di Chimica-Fisica, diretto da Graham Fleming. Inattivando i geni che codificano per la proteina LhcSR3 è possibile costruire un ceppo algale in cui una porzione maggiore dell’energia solare venga usata per la sintesi di biomassabiomassa
    In generale si identifica con biomassa tutto ciò che ha matrice organica ad eccezione delle plastiche e dei materiali fossili. Come indicato nel decreto legislativo del 29 Dicembre 2003 n. 387, per biomassa si intende ” la parte biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui provenienti dall’agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali) e dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, nonchè la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani “. Ciò che accomuna le diverse tipologie di biomassa è la presenza di carbonio che mette a disposizione un elevato potere calorifico eventualmente sfruttabile per fini energetici.
    , la materia prima da cui si estraggono i bio-combustibili. La costruzione di tali ceppi è già in fase avanzata nei laboratori dell’Università di Verona e i test sulla loro produttività sono in corso su scala di laboratorio prima di passare al livello di impianti pilota. Questa ricerca è scaturita da un’altra, pubblicata sulla prestigiosa rivista Science nel 2008, in cui gli stessi autori avevano identificato i geni responsabili della produzione di calore nelle piante. All’epoca si pensava che piante e alghe utilizzassero gli stessi meccanismi di difesa dallo stress e quindi il processo fosse controllato dagli stessi geni; le ricerche condotte negli ultimi due anni dal gruppo di lavoro internazionale hanno invece mostrato che le alghe hanno geni propri e diversi e chiarito la loro funzione, aprendo la possibilità di sfruttamento per la produzione di bio-combustibili.

    Comunicato stampa Università di Verona-Dipartimento Biotecnologie, 19/01/2011

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