Produrre plastiche e cosmetici neutrali dal punto di vista climatico utilizzando i batteri
Un progetto dell'UE mira a fare un passo avanti nella produzione di sostanze chimiche sostenibili
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Plastiche, farmaci, cosmetici: sono pochi i prodotti di uso quotidiano che non dipendono dall'utilizzo di risorse fossili. Un gruppo di ricerca europeo guidato dalla Charité - Universitätsmedizin di Berlino punta ora a rivoluzionare questa pietra miliare dell'industria chimica: nell'ambito del progetto CarboNcare, gli scienziati stanno sviluppando batteri in grado di produrre importanti materiali chimici di base da metanolo sostenibile, sostituendo così le risorse fossili. Il progetto è finanziato da una sovvenzione Pathfinder da 3,1 milioni di euro del Consiglio europeo per l'innovazione (EIC), che sostiene specificamente le innovazioni innovative con un elevato potenziale di mercato.
L'industria chimica continua a dipendere fortemente da risorse limitate come il petrolio, il gas naturale e il carbone. Molti approcci alternativi si basano sullo zucchero e sulla biomassa, ma la loro coltivazione richiede terreni preziosi e compete con la produzione alimentare. "Il nostro obiettivo è disaccoppiare la produzione chimica dalle risorse fossili e da quelle vegetali", spiega il dottor Steffen Lindner-Mehlich, scienziato dell'Istituto di Biochimica della Charité e responsabile del progetto CarboNcare, attualmente in corso. "Il nostro obiettivo è rendere l'industria chimica più sostenibile, senza mettere a rischio la sicurezza alimentare. Per raggiungere questo obiettivo, stiamo utilizzando tutti i trucchi del manuale delle biotecnologie".
L'obiettivo dei ricercatori è quello di rendere possibile un'economia circolare della CO2: in altre parole, utilizzare l'anidride carbonica rilasciata nell'atmosfera - ad esempio quando un prodotto di plastica viene incenerito alla fine del suo ciclo di vita - come materiale di base per la produzione dello stesso prodotto. In uno scenario ideale, si creerebbe un ciclo chiuso del carbonio senza ulteriori emissioni. Il primo passo di questo percorso è già oggi a portata di mano: Il metanolo, un materiale di base fondamentale per l'industria chimica, può già essere prodotto a partire dalla CO₂ catturata dall'atmosfera.
Le fabbriche batteriche sono destinate a produrre lattato, succinato e butandiolo
Gli scienziati del progetto CarboNcare si concentrano ora sulla seconda fase, ovvero la conversione del metanolo in importanti intermedi come lattato, succinato e 2,3-butandiolo. L'industria sfrutta questi intermedi per produrre farmaci (ad esempio, rivestimenti per compresse), alimenti (ad esempio, conservanti ed esaltatori di sapidità), bioplastiche, cosmetici (ad esempio, rossetti e creme) e gomma per la produzione di pneumatici. Il progetto mira a ingegnerizzare i batteri per effettuare la conversione del metanolo, creando di fatto delle piccole fabbriche biologiche. "Stiamo riprogrammando geneticamente entrambi i ceppi batterici già attivi in ambito industriale - Escherichia coli e Pseudomonas putida - in modo che si "nutrano" di metanolo ed espellano lattato, succinato o butandiolo", spiega Steffen Lindner-Mehlich.
Tuttavia, è più facile a dirsi che a farsi, poiché l'energia che i batteri ottengono dall'alimentazione viene solitamente utilizzata per sostenere la propria crescita, piuttosto che per produrre prodotti chimici. "Per questo motivo colleghiamo la crescita batterica direttamente alla produzione delle sostanze chimiche desiderate", aggiunge la responsabile del progetto. "In questo modo, se i batteri vogliono crescere, devono contemporaneamente produrre la molecola target. Questo approccio non solo aumenta la resa, ma rende anche il processo più robusto e prevedibile, un fattore decisivo per l'uso industriale".
Ottimizzazione per l'uso industriale
Per riconfigurare in modo completo le vie metaboliche dei batteri, il team del progetto prevede di simulare inizialmente i processi biochimici al computer prima di apportare le modifiche necessarie agli organismi batterici. "Oltre alla biologia molecolare, stiamo tenendo conto anche della scalabilità industriale", sottolinea Steffen Lindner-Mehlich. Il processo di fermentazione sarà quindi progettato in modo da poter funzionare in modo affidabile su scala industriale in un secondo momento, e sarà anche analizzato per quanto riguarda l'impronta ambientale e la redditività economica. Le competenze interdisciplinari necessarie per raggiungere questo obiettivo riuniscono otto partner europei del mondo scientifico e industriale nell'ambito del progetto CarboNcare.
"Vogliamo sviluppare un'alternativa seriamente praticabile e sostenibile ai metodi di produzione consolidati dell'industria chimica", sottolinea Steffen Lindner-Mehlich. "In modo che in futuro la plastica, i cosmetici e altri prodotti di uso quotidiano possano essere fabbricati in modo neutrale dal punto di vista climatico". La domanda di prodotti chimici di base dimostra quanto grande possa essere il potenziale di questo approccio: il solo mercato globale del lattato ammontava a circa 2,9 miliardi di euro nel 2021 e continua a crescere.
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