L'elettrofermentazione può convertire gli scarti alimentari come il gelato in prodotti chimici di valore?
"Stiamo creando un'industria dai rifiuti di un'altra industria"
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L'aggiunta di una scossa elettrica alla fermentazione dei rifiuti alimentari industriali accelera il processo e aumenta la resa di sostanze chimiche di piattaforma che sono componenti preziosi in un'ampia gamma di prodotti, come dimostra una nuova ricerca.
Nello sviluppo del nuovo sistema, i ricercatori della Ohio State University hanno anche scoperto che la combinazione di due specie batteriche nel mix di elettrofermentazione non solo ha contribuito ad accelerare il processo, ma ha anche permesso una produzione chimica più mirata.
In questo studio, i rifiuti alimentari erano costituiti da gelato e panna acida, ma il team ha ampliato il lavoro con esperimenti con fondi di caffè e alghe lacustri.
L'eventuale adozione di questa tecnologia potrebbe portare molti benefici: una produzione efficiente, sostenibile ed economica di sostanze chimiche multiuso utilizzando materiali di partenza che altrimenti finirebbero inceneriti o in discarica, contribuendo alle emissioni di gas serra.
"Stiamo creando un'industria dai rifiuti di un'altra industria", ha dichiarato il primo autore Beenish Saba, ricercatore in ingegneria alimentare, agricola e biologica presso la Ohio State.
"Stiamo utilizzando i rifiuti che un appaltatore fa pagare alle aziende per portarli in discarica, dove producono gas metano. Stiamo suggerendo che le industrie possono mettere in piedi un semplice bioreattore in cui possono produrre altri importanti sottoprodotti".
Lo studio è stato pubblicato di recente sul Journal of Environmental Chemical Engineering.
Questo lavoro si basa su una precedente ricerca sulla valorizzazione dei rifiuti condotta da Saba e Katrina Cornish, professore emerito di orticoltura e scienze delle colture e di ingegneria alimentare, agricola e biologica presso l'Ohio State e coautore dello studio attuale.
Il lavoro di valorizzazione ha comportato l'analisi delle proprietà fisiche e chimiche di 46 campioni di rifiuti alimentari per identificare i buoni candidati alla conversione in prodotti chimici e biogas attraverso una serie di processi, tra cui la fermentazione.
Nel nuovo studio, Saba e colleghi hanno confrontato la produzione e la durata della fermentazione convenzionale e dell'elettrofermentazione. Le pratiche convenzionali consistono nel mettere rifiuti alimentari e batteri in una bottiglia, regolare i livelli di nutrienti e incubare i materiali a 98,6 gradi Fahrenheit. L'elettrofermentazione avviene a temperatura ambiente all'interno di un bioreattore dotato di un elettrodo alimentato da una minima tensione esterna.
"Nella fermentazione convenzionale, i batteri crescono felicemente e producono alcuni solventi e gas", ha detto Saba. "Nella seconda fase, abbiamo dato loro un piccolo formicolio di elettricità in modo che i batteri potessero sentire un po' di irritazione, e il metabolismo è stato veloce. Crescevano e mangiavano volentieri e producevano più sottoprodotti, il che significa che possiamo aumentare la resa".
Lo sviluppo di questo nuovo sistema elettrochimico microbico ha avuto un altro vantaggio: la produzione di idrogeno gassoso.
Gli esperimenti hanno dimostrato che la combinazione di due specie batteriche della famiglia dei Clostridium ha contribuito alla produzione di idrogeno gassoso, riducendo al contempo gli scarti della fermentazione: è noto che la specie comunemente usata C. bijerinckii genera anidride carbonica durante la conversione dei rifiuti alimentari in alcoli, ma si è scoperto che un'altra specie, C. carboxidivorans, consuma quella CO2.
"Significa che il prodotto di scarto di un batterio viene utilizzato dall'altro batterio", ha detto Saba. "Era possibile che ci fosse una relazione antagonista, ma abbiamo provato a coltivarli insieme e abbiamo scoperto che c'è una relazione sinergica tra questi due batteri che funziona bene".
Oltre a consumare la CO2, C. carboxidivorans produce idrogeno gassoso e solventi.
"L'anidride carbonica è ancora presente, ma la maggior parte di essa viene consumata e ci fornisce idrogeno gassoso, un prodotto aggiuntivo. Ora abbiamo due prodotti di valore e un prodotto di scarto", ha dichiarato l'esperta.
Il lavoro si inserisce in un contesto di maggiore attenzione all'utilizzo dei rifiuti alimentari e dei residui agricoli per la creazione di prodotti biobased, ha detto Saba.
"Stiamo lavorando per migliorare la resa, l'efficienza dei costi e la scalabilità", ha detto Saba. "Il governo chiede di lavorare in questo settore e l'industria è interessata a ricavare valore dai rifiuti e a non pagare per il loro smaltimento".
"Molti materiali di natura agricola o biologica vanno sprecati. È molto meglio utilizzarli e ricavarne prodotti di valore".
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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