Progetto Zootanolo, bioetanolo sostenibile dalle deiezioni zootecniche

Sono in fase conclusiva le attività del progetto triennale Zootanolo, finanziato dal Mipaaf nell’ambito dei progetti bioenergetici a sportello, coordinato dalla Fondazione Edmund Mach di San Michele all’Adige e svolto in stretta collaborazione con il Ceta, Centro di ecologia teorica ed applicata di Gorizia e il Cra-Rps, Centro di ricerca in agricoltura-Centro di ricerca per lo studio delle relazioni tra pianta e suolo) di Gorizia.
 

L’idea progettuale è di destinare le deiezioni zootecniche ad una forma di valorizzazione energetica ad elevato valore aggiunto, ossia il bioetanolo, un biocarburante che può essere utilizzato nell’autotrazione dei motori a ciclo Otto, normalmente alimentati a benzina, contribuendo alla riduzione dell’impatto dei trasporti sulle emissioni di gas climalteranti.
 

Attualmente l’Italia è deficitaria in materia di produzione di bioetanolo: nel 2011 ne sono state prodotte 48.722 tonnellate, ben al di sotto della capacità installata di 210.000 tonnellate, mentre la maggior parte è importata, principalmente dal Brasile, dal Guatemala, dal Pakistan e più recentemente anche dal Nicaragua, dalla Bolivia, dal Costa Rica, dalla Cambogia e da El Salvador (fonte: Assocostieri). Per invertire questa situazione il quadro normativo di riferimento ha introdotto delle misure di sostegno, che premiano soprattutto l’utilizzo di residui e sottoprodotti, in grado di elevare la sostenibilità di questo biocarburante.
 

Il progetto di ricerca Zootanolo sta contribuendo a valutare questa opportunità, mettendo in evidenza luci ed ombre della trasformazione a bioetanolo delle deiezioni bovine, suine ed avicole.
 

Il processamento a bioetanolo delle deiezioni considerate è piuttosto articolato ed è caratterizzato da un alto contenuto tecnologico. Infatti, queste deiezioni appaiono ricche in substrati convertibili in bioetanolo, ma, a causa della complessità della loro composizione, la produzione del bioetanolo richiede due fasi: una preventiva idrolisi e la successiva fermentazione alcolica (tabella 1).

Tabella 1: caratterizzazione delle deiezioni zootecniche considerate nel progetto Zootanolo; s.s: sostanza secca, NR: non rilevabile

L’idrolisi della cellulosa e dell’emicellulosa costituisce un passaggio delicato, poiché è diretto a demolire delle strutture morfologiche, la cui funzione è proprio la resistenza all’attacco esterno. Questo passaggio, tuttavia, è fondamentale, in quanto rende disponibili alla fermentazione alcolica i residui glucidici polimerizzati in polisaccaridi complessi. I metodi che risultano più efficaci, in base a quanto riferito nell’ampia letteratura disponibile in merito, sono l’idrolisi acida e l’idrolisi enzimatica. La difficoltà per queste tipologie di residui è accresciuta dal loro alto contenuto in azoto (2,5%): i composti azotati, infatti, tendono a formare dei complessi con i monosaccaridi presenti nell’idrolizzato, soprattutto in ambiente acido e ad elevate temperature, sottraendoli alla fermentazione.

 

Fermentatore alla scala di laboratorio con cui sono state eseguite le prove sperimentali (fonte: Ceta)

Le rese migliori per la fase di idrolisi sono state ottenute diluendo le deiezioni in acqua fino a concentrazioni di 30-50 g/l di sostanza secca e sottoponendole ad un pretrattamento meccanico di triturazione ed omogeneizzazione.
 

La scelta di abbinare l’idrolisi chimica con acido solforico diluito con l’idrolisi enzimatica (con enzimi commerciali: α-amilasi, β-glucanasi, cellulasi, emicellulasi), attuata su alcuni dei substrati sperimentali, nella maggior parte dei casi permette di elevare ulteriormente le rese idrolitiche (tabella 2).

Tabella 2: rese conseguite con la sola idrolisi enzimatica e con la combinazione tra quella chimica (in acido solforico diluito) e quella enzimatica

 

Al termine dell’idrolisi, le deiezioni contengono zuccheri fermentescibili a 6 atomi di carbonio (soprattutto glucosio) ed a 5 atomi di carbonio (e.g. xilosio). La successiva fermentazione alcolica richiede l’impiego di microrganismi in grado di convertire in bioetanolo entrambe le famiglie di composti. È stata attuata la scelta di operare una co-fermentazione con Saccharomyces cerevisiae (i.e. lievito della birra) e con Pichia stipitis (i.e. fungo filamentoso).
 

Le rese conseguite sono complessivamente ancora lontane dalla resa teorica, denotando che la trasformazione a bioetanolo di queste matrici ha ancora importanti margini di miglioramento.

Tabella 3: rese conseguite in termini di bioetanolo, espresse rispetto alla resa teorica (51,4% del glucosio presente); per alcune matrici è stata testata anche la combinazione di una doppia idrolisi: prima chimica e poi enzimatica

Tuttavia, alcune tipologie di deiezioni, quali ad esempio il liquame di vacche da latte ed il liquame suino da allevamenti effettuati su pavimentazione parzialmente fessurata, evidenziano delle rese già molto promettenti (rispettivamente 58% e 88% rispetto alla resa teorica), nel caso del liquame suino, in assenza di una preventiva idrolisi chimica.
 

La sfida, quindi, è di perfezionare ulteriormente questi due importanti passaggi tecnologici, focalizzando l’attenzione sulle tipologie più promettenti, e di restituire i risultati attraverso un modello che possa essere successivamente trasposto in un layout di impianto e di filiera.