Biotecnologie Industriali

Bioetanolo: Produzione e prospettive

Con la riduzione delle riserve di petrolio e il conseguente aumento del prezzo del barile, si è aperta la corsa ai cosiddetti “carburanti alternativi” tra cui certamente spicca il bioetanolo. Tutti hanno sentito parlare almeno una volta di biocarburanti, ma pochi sanno come vengono prodotti e i miglioramenti che ha apportato la ricerca scientifica.

La stragrande maggioranza dell’etanolo mondiale viene prodotto per fermentazione attraverso l’utilizzo di microrganismi, il più comune è il lievito Saccharomyces cerevisiae.

lievito1In una prima parte del processo produttivo il lievito è fornito di una grande quantità di prodotti vegetali zuccherini e ossigeno in modo da aumentare la propria biomassa. Spesso ai prodotti vegetali sono aggiunti degli enzimi come le amilasi, che hanno il compito di degradare l’amido in zuccheri semplici facilmente utilizzabili da Saccharomyces cerevisiae . Ottenuta una certa concentrazione di cellule, viene tolta l’ossigenazione al lievito in modo da fermare la moltiplicazione e dare inizio alla fermentazione. In pratica il lievito utilizza il glucosio (uno zucchero semplice) proveniente da prodotti vegetali zuccherini e lo trasforma in etanolo e anidride carbonica, con conseguente produzione di una piccola quantità di “energia chimica” che permette il sostentamento anche in assenza di ossigeno. I prodotti di “scarto” di questa reazione sono l’etanolo e l’anidride carbonica, per ogni molecola di glucosio utilizzata vengono prodotte 2 molecole di etanolo e 2 molecole di anidride carbonica. Una volta raggiunto il 10-12 % di etanolo nel terreno di cultura, la fermentazione viene fermata  (l’etanolo diventa tossico per il lievito) e si recupera l’alcol attraverso distillazione. Il bilancio globale di produzione di gas serra (anidride carbonica) è vicino a zero, questo perchè il lievito per moltiplicarsi e produrre etanolo necessita di prodotti agricoli come canna da zucchero e mais, questi ultimi per crescere hanno dovuto utilizzare anidride carbonica presente in atmosfera attraverso il ciclo di Calvin e la fotosintesi clorofilliana. Il bilancio globale dei gas serra cambia a seconda della fonte agricola utilizzata, la canna da zucchero è meglio del mais, inoltre in questi calcoli si assume che per fare posto a  queste coltivazioni non siano state abbattute foreste.

impianto

Questo processo è costoso e non è competitivo con il petrolio sotto i 30 $, inoltre richiede grosse estensioni di terreno coltivabile non destinato alla alimentazione, per questo motivo gli scienziati stanno cercando diversi modi per rendere il processo più efficiente e aumentare la produttività.

Certamente un delle vie più percorse è l’aumento di zuccheri semplici fermentabili, questo può essere ottenuto attraverso l’utilizzo di fonti alternative di glucosio, come per esempio la cellulosa. Se noi consideriamo la pianta di mais, abbiamo nella pannocchia una grande quantità amido (polimero di glucosio), ma la gran parte della pianta è costituita da cellulosa che non può essere utilizzata. Modificando geneticamente il lievito è possibile introdurre l’enzima “Cellulasi” in grado di degradare la cellulosa in zuccheri semplici e quindi utilizzabili dal lievito.

Uno dei maggiori problemi di questa tecnica è la presenza di lignina, in polimero naturale presente in tutte le piante, non utilizzabile per la fermentazione. Spesso per “liberare” la cellulosa dalla lignina è necessario trattare il materiale vegetale con acidi caldi. Questo aumenta il costo del prodotto finale ed inoltre ha un impatto ambientale notevole. Per questo motivo i ricercatori Chen e Dixon hanno pensato di modificare geneticamente delle piante in modo da ridurre la quantità di lignina presente attraverso una tecnologia chiamata “antisenso”. Nelle piante viene inserito una specifica sequenza di DNA in grado di legare una specifica sequenza di  RNA messaggero e quindi fermare la traduzione del gene a proteina (Vedi dai Geni alle proteine).

antisenso3

Con questa tecnologie vengono inibiti i geni responsabili della produzione di lignina. Con piante con minore quantità di lignina è possibile ridurre/eliminare i pretrattamenti con acidi caldi, di conseguenza migliorando l’impatto ambientale e riducendo i costi.

Articolo Tratto da:  Chen, F. & Dixon, R.A. Nat. Biotechnol. 25, 759–761 (2007)

Riccardo Beretta

About Riccardo Beretta

Laureato presso l’università di Milano Bicocca in biotecnologie industriali nell’ottobre del 2007. Fino al 2013 ricercatore in azienda biotech nel campo della proteomica differenziale con spettrometria di massa, nei settori alimentare, veterinario e farmaceutico. Attualmentre responsabile della R&D in un'azienda biotech altamente innvovativa, nel settore della produzione di biogas e recupero-nutrienti. Scarica il Curriculum

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