Una biotecnologia rivoluzionaria per consentire a batteri ingegnerizzati di produrre biocarburanti sostenibili
Le fonti di energia rinnovabile, quali quella solare ed eolica, sono in grado di contribuire a ridurre le emissioni di CO2 nell’atmosfera. A volte queste fonti producono grandi quantità di energia, ma non per forza quando il consumo è elevato. Le centrali elettriche tradizionali non possono ancora essere del tutto rimpiazzate da altri impianti a causa della mancanza di soluzioni fattibili per lo stoccaggio di questa elettricità in eccesso. Inoltre, grandi quantità di CO2 prodotta dall’industria, ad esempio nella lavorazione dell’acciaio, non vengono riciclate. Riunendo ricercatori e aziende provenienti da diverse parti dell’Europa, il progetto eForFuel, finanziato dall’UE, ha affrontato tutte queste problematiche in un colpo solo.
Piccoli microrganismi vengono in soccorso
Il rivoluzionario concetto di eForFuel si è basato sull’utilizzo di vari elementi, quali elettricità in eccesso generata da fonti rinnovabili, emissioni di scarto provenienti dall’industria e batteri cresciuti in laboratorio, per produrre preziosi biocarburanti pronti per l’uso. «La nostra catena di produzione sostenibile converte le emissioni di CO2 e l’elettricità rinnovabile in acido formico, una sostanza facile da manipolare, che viene successivamente somministrata a microbi ingegnerizzati per la produzione di carburanti idrocarburici rinnovabili e altri biomateriali», osserva Laura Martinelli, coordinatrice del progetto, nonché amministratrice delegata e fondatrice della società IN SRL Impresa Sociale. La prima fase ha previsto l’utilizzo dell’elettricità rinnovabile allo scopo di ridurre direttamente la CO2 in un prodotto liquido. CO2 e acqua sono quindi stati immesse in un elettrizzatore creando un acido presente in natura in particolare nelle formiche, il cosiddetto acido formico, poi trasferito all’interno di un fermentatore, ovvero un recipiente adatto alla coltivazione dei batteri. Questo bioreattore conteneva un ceppo specifico di Escherichia coli (E. coli) che è in grado di digerire l’acido formico e di produrre gas a base di idrocarburi, convertibili in carburanti da utilizzare nell’ambito dei trasporti.
Un nuovo percorso di impiego della CO2 per la produzione di biocarburanti avanzati
«La CO2 è di natura illimitata, può essere catturata dall’aria o da sorgenti puntiformi ed è trasformabile in una grande quantità di prodotti, tra cui i biocarburanti avanzati. La tecnologia è ancora agli albori e pone numerose sfide da affrontare, quali una riduzione efficiente in termini di costi della CO2 in un vettore fattibile e la sua successiva trasformazione in combustibili avanzati tramite un microrganismo ingegnerizzato», sottolinea Martinelli. Il percorso metabolico in grado di convertire efficientemente la CO2 e l’acido formico in carburante è stato realizzato attraverso la reazione inversa di scissione della glicina. La glicina e la serina, precursori universali dei composti a un solo atomo di carbonio, sono stati prodotti a partire dal formiato e dalla CO2 mediante un percorso riduttivo. «Siamo stati i primi a ingegnerizzare il percorso riduttivo completamente sintetico della glicina, consentendo al batterio E. coli di crescere avvalendosi dell’acido formico e della CO2 come uniche fonti di carbonio. Questo percorso si è rivelato come il più efficiente dal punto di vista energetico per l’assimilazione aerobica del formiato, configurandosi come idoneo per passare alla produzione industriale», evidenzia Martinelli. L’evoluzione adattativa in laboratorio ha ulteriormente ottimizzato il ceppo, rendendone possibile una crescita rapida e un aumento della resa di biomassa. Gli esperimenti basati su questo metodo hanno inoltre consentito che il ceppo si adattasse a crescere con concentrazioni di CO2 inferiori, simili a quelle che caratterizzano i gas di scarico industriali. «Lo sviluppo di soluzioni tecnologiche efficienti, come i ceppi microbici in grado di crescere e produrre ricorrendo a fonti a un solo atomo di carbonio, è di fondamentale importanza per l’istituzione di una bioeconomia sostenibile e scalabile. Vari gruppi di ricerca hanno già replicato la tecnica di ingegnerizzazione del percorso riduttivo della glicina in altri organismi, mentre sono in corso diversi progetti che intendono lavorare sulla scia del lavoro avviato da eForFuel», sottolinea Martinelli. «Gli studi di dimostrazione del concetto hanno sviluppato il ceppo di E. coli dotandolo della capacità di crescere a partire da una fonte di metanolo, un altro composto ridotto a un solo atomo di carbonio, generando un’impronta di CO2 inferiore. Ciò lo può rendere una fonte di carbonio più adatta all’impiego nel settore della bioeconomia», conclude Martinelli. Il progetto è dedicato alla memoria di Arren Bar Even, l’inventore che ha concepito l’innovativa tecnologia di eForFuel, scomparso prematuramente nel 2020. Un ringraziamento speciale va a Steffen Lindner, ricercatore presso l’istituzione Charité – Universitätsmedizin Berlin, che sta dando seguito al suo lavoro rivoluzionario.
Parole chiave
eForFuel, CO2, acido formico, E. coli, biocarburante, elettricità rinnovabile, percorso riduttivo della glicina, fonte a un solo atomo di carbonio
