Bioetanolo di bambù

L'Unione europea è il terzo consumatore di bioetanolo per autotrazione, dopo gli Usa e il Brasile. La Red II (Renewable energy directive 2018/2001/EU, testo in italiano in questa pagina) riduce però le sovvenzioni all'etanolo "di prima generazione" - prodotto con zucchero o amido - e premia maggiormente quello "avanzato" - da biomasse lignocellulosiche. Di conseguenza, gli sforzi della ricerca si concentrano sullo sviluppo di nuove tecniche capaci di rendere competitiva la produzione di quest'ultimo.

Esiste anche una percezione un po' esagerata sulla produttività di biomassa del bambù e la sua capacità di crescere in climi temperato-freddi come quelli europei (si veda Il bambù gigante e la bolla speculativa). Quindi non dovrebbe meravigliarci l'investimento dell'Università di Aarhus (Danimarca) di parte dei fondi della sua fondazione in una ricerca sulla fermentazione della biomassa di bambù, utilizzando come inoculo… feci di panda.

Un lettore abituale ci ha chiesto se è possibile ottenere etanolo dalla fermentazione diretta della biomassa di bambù. Da una prima analisi dello stato delle ricerche, risulta che l'idea non è nuova: un articolo pubblicato nel 2013 nella rivista Inform ipotizzava l'utilizzo del microbioma intestinale dei panda come inoculo per lo sviluppo di bioraffinerie, ma basandosi su una prova molto simile al classico test Bmp, durata ben quattro settimane. Lo scopo di tale prova non era però convertire la cellulosa in bioetanolo, bensì in biomassa unicellulare da alcuni particolari tipi di batteri accumulatori di grassi, dai quali si ipotizzava di poter ricavare biodiesel.

Nel 2014 due ricercatori dell'Università di Harvard hanno pubblicato un articolo peer-reviewed nel quale ipotizzavano di isolare alcuni batteri cellulolitici dagli escrementi di panda, con lo scopo di coltivare in vitro tali batteri per ricavare enzimi a basso costo per l'industria del bioetanolo, quindi un approccio concettuale molto simile alla ricerca intrapresa dall'Università di Aarhus.

Nel 2015 in Cina tre ricercatori dell'Accademia nazionale delle scienze segnalarono risultati inconcludenti e qualche perplessità sulla capacità dei panda di digerire il bambù. Allora, quale tesi è attendibile?

Nel presente articolo si propone una possibile risposta basata sulla logica cartesiana.

Come si smonta una hoax

La differenza fra una fake new e una hoax è che la prima è del tutto falsa, mentre la seconda si basa su fatti reali, ma raccontati in modo esagerato o fuorviante. Nell'articolo Il punto della situazione sulla bolla speculativa del bambù abbiamo già utilizzato il metodo scientifico per analizzare alcune delle esagerazioni che circolano sul conto del bambù, ma il caso che ci occupa è un po' più complesso.

Ricordiamo che il primo passo per smontare una presunta fake new o una hoax è il "criterio di autorità". Esso consiste nel verificare la fonte di provenienza della notizia: se è pubblicata nel blog di un politico o di un "tuttologo" in cerca di notorietà nelle reti sociali, o da un giornale sensazionalista, è molto probabile che si tratti di informazione falsa, o quanto meno fuorviante a beneficio del suo propagatore. In tali casi è relativamente facile smontare le falsità o le esagerazioni: in genere si trova un sito autorevole (università, ente internazionale, autorità nazionale, articolo peer-reviewed in un giornale scientifico riconosciuto) con informazione attendibile, utile a smontare o confermare la notizia.

Nel caso che ci occupa, sia l'Università di Harvard che quella di Aarhus sono istituzioni di prestigio internazionale; l'Accademia cinese delle scienze non è meno autorevole e ha più facile acceso ad un grande numero di campioni da studiare, sia di bambù che di panda. Poiché le vedute dei vari ricercatori sono contraddittorie, dobbiamo dunque analizzare più fatti e cercare più informazioni.

Prima di addentrarci nella ricerca bibliografica, consideriamo le seguenti due questioni importanti per l'analisi obiettiva delle prove:

• Il fatto che un'università prestigiosa stia realizzando una ricerca non significa necessariamente che otterrà risultati utili all'industria.
• Anche la persona intellettualmente più onesta è soggetta a emozionalità. Il fenomeno noto come cherry-picking (letteralmente "cogliere la ciliegina", nel senso di selezionare solo le prove atte a difendere le proprie tesi, ignorando quelle contrarie) è noto e, talvolta, il meccanismo del peer-reviewing risulta inefficace per debellarlo, per cui perfino l'informazione da fonti attendibili ha sempre un margine di incertezza. L'articolo pubblicato dall'Università di Aarhus non è un rapporto peer-reviewed, è una notizia e, come tale, è puramente informativa di una ricerca che ancora non è nemmeno iniziata. Per cui la notizia non "prova" che sia possibile ottenere etanolo dal bambù usando escrementi di panda come inoculo. Esiste però il rischio che molti "fan" del bambù lo interpretino come indicazione di un processo "fattibile". È dunque bene ricordare che la ricerca non sempre garantisce risultati utili, altrimenti non sarebbe necessaria. E il buon senso ci dice che, anche se il processo fosse tecnicamente fattibile in laboratorio, non necessariamente sarebbe economico a scala industriale. Chi gestisce digestori anaerobici sa quanto difficile sia procurarsi letame bovino in grandi quantità, tali da garantire una produzione di biogas costante. Figuriamoci se fosse necessario procurarsi feci di panda nelle stesse quantità…

Allo stato attuale possiamo solo rispondere al lettore che ha formulato il quesito con alcuni elementi sulla probabilità di successo che la ricerca di Aarhus potrebbe avere.

Analizziamo insieme i fatti scientificamente noti alla data odierna:

• Il panda non è l'unico animale a nutrirsi di bambù: anche il panda rosso e il lemure del bambù condividono questa caratteristica. Curiosamente tutte e tre le specie sembrano condividere lo stesso microbioma intestinale, malgrado appartengano a famiglie zoologiche - dunque linee evolutive - diverse: i panda sono imparentati con gli orsi, i panda rossi con i procioni ed i lemuri sono primati, ovvero nostri lontani cugini.
• Una ricerca realizzata in Cina su una popolazione di panda selvatici dimostra che essi cambiano il microbioma con le stagioni in quanto si nutrono di diverse specie di bambù con diverso stato di accrescimento della pianta. Quindi è lecito domandarsi: a quale microbioma di panda e a quale specie di bambù si riferiscono i ricercatori che vorrebbero sviluppare le bioraffinerie? Chi ha condotto almeno una ricerca per accertare se i bambù Bashania fargesii e Fargesia qinlingensis di cui si nutrono i panda hanno la stessa produttività di biomassa del Phyllostachys pubescens che si vorrebbe coltivare in Europa?
• Il panda è un orso, quindi un carnivoro che per motivi evolutivi si è super-specializzato a vivere con una dieta vegetariana, addirittura molto povera di nutrienti. Il suo intestino resta però quello di un carnivoro e l'analisi fecale dimostra che riesce a digerire solo il 17% dei 12,5 chilogrammi di bambù che deve mangiare ogni giorno per nutrirsi a sufficienza. Non sembra un rendimento così alto da giustificare una ricerca basata sul microbioma intestinale del panda come modello di bioraffineria…
• Gli erbivori hanno una flora batterica intestinale molto biodiversa, che include microfunghi e protozoi oltre ai batteri. La flora intestinale del panda è invece quella tipica di un carnivoro, composta maggiormente da Clostridia e Pseudomonas. Forse potrebbe essere possibile ricavare qualche coltura di Clostridia che risulti utile alla produzione di bioetanolo, in quanto è noto che alcune specie hanno attività cellulolitica. Ma a questo punto la domanda è: per quale motivo andare a cercarla proprio nelle feci di panda? I Clostridia si trovano nelle feci di tutti gli animali. È inoltre noto che le particolari condizioni di fermentazione nei digestori anaerobici agricoli ne selezionano i ceppi con maggiore capacità idrolitica, senza bisogno di ricorrere a sofisticate ricerche biotecnologiche, quindi l'inoculo potenzialmente più adatto per selezionare Clostridia idrolitiche si trova facilmente e in abbondanza negli impianti di biogas. Gli Pseudomonas invece non hanno alcuna funzione specificamente legata alla digestione del bambù, bensì hanno la capacità di degradare i cianuri contenuti nei germogli, impedendo così che risultino tossici per l'animale.
• La produzione di bioetanolo di seconda generazione richiede la saccarificazione della cellulosa, che è composta da monomeri di glucosio (6 atomi di carbonio). Una ricerca pubblicata sulla prestigiosa rivista Nature metteva in dubbio la capacità dei panda di digerire la cellulosa. Da una ricerca successiva risulta che i panda digeriscono solo l'emicellulosa. Orbene, l'emicellulosa è composta da monomeri di pentosio (5 atomi di carbonio) che i comuni lieviti utilizzati per la produzione di etanolo (Saccharomyces ovalis) non sono in grado di fermentare. Quindi, se l'obiettivo è sviluppare una bioraffineria, non sembra che il bioma intestinale del panda possa essere un inoculo migliore di quello di un erbivoro.

Conclusioni

La letteratura scientifica ha dimostrato che una bioraffineria basata sul microbioma intestinale del panda allo scopo di ricavare etanolo di seconda generazione dalla fermentazione della biomassa di bambù, ha scarse probabilità di successo. Nell'ipotetico caso che il processo ipotizzato risulti fattibile nel laboratorio, non è sicuro che diventi economicamente viabile.