Come trasformare la CO₂ in proteine: un nuovo processo biochimico sostenibile
Uno studio pubblicato su PNAS ha sviluppato un metodo per trasformare l'anidride carbonica in proteine microbiche utilizzando elettricità e microrganismi. Il processo combina due reattori biologici collegati in un ciclo chiuso, riducendo gli sprechi e aumentando l’efficienza.
Un recente studio pubblicato su PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) documenta un metodo innovativo per convertire anidride carbonica e elettricità in proteine attraverso un processo microbico. Il lavoro combina reattori anaerobici e aerobici in un sistema circolare che utilizza la CO₂ per generare biomassa ad alto contenuto proteico. Questo approccio si inserisce nel più ampio tentativo di affrontare il cambiamento climatico e offrire nuove fonti proteiche sostenibili, riducendo la pressione su risorse naturali come acqua, suolo e allevamenti.
Cos'è la Single-Cell Protein (SCP) e perché è importante
La Single-Cell Protein (SCP) è un termine che indica la biomassa microbica ad alto contenuto proteico ottenuta da batteri, lieviti, funghi o alghe. Queste proteine possono essere utilizzate come ingredienti per mangimi o, previo trattamento, in ambito alimentare. L’interesse verso queste biomasse deriva dalla loro elevata resa proteica e dalla possibilità di produrle a partire da fonti di carbonio non convenzionali, come la CO₂, senza competere con le coltivazioni alimentari.
Il problema della CO₂ e la ricerca di soluzioni alternative
L’accumulo di biossido di carbonio nell’atmosfera è uno dei principali fattori che accelerano il cambiamento climatico. Le strategie di cattura e utilizzo del carbonio (CCU) puntano non solo a rimuovere la CO₂, ma anche a trasformarla in risorse utili per l’economia circolare. In questo contesto si inserisce la sintesi elettromicrobica, un processo bioelettrochimico in grado di convertire l’anidride carbonica in composti organici come acetato, utilizzabili come substrato per la crescita microbica.
La tecnologia alla base: il processo in due fasi
Lo studio descrive un sistema composto da due reattori: il primo, anaerobico, utilizza batteri del genere Acetobacterium per convertire CO₂ e idrogeno in acetato. Il secondo reattore, in condizioni aerobiche, ospita batteri del genere Alcaligenes che trasformano l’acetato in biomassa proteica. Il passaggio chiave è l’impiego di membrane a fibra cava, che permettono la separazione delle cellule e il ricircolo del mezzo liquido tra i due ambienti.
Il cuore del sistema: un ciclo chiuso che ricicla tutto
A differenza di approcci precedenti basati su flussi aperti, il sistema sviluppato in questo studio ricircola il mezzo di coltura, riducendo in modo significativo lo spreco d’acqua e nutrienti. Questo ciclo chiuso consente anche di limitare l’accumulo di acetato, che può inibire l’attività dei batteri anaerobici, migliorando la stabilità dell’intero processo. La produzione continua di idrogeno elettrolitico, sotto forma di microbolle, aumenta il trasferimento di gas e rende più efficiente la conversione.
I risultati ottenuti: proteine ad alto valore nutritivo
Nei test condotti in laboratorio, il sistema ha prodotto fino a 17,4 grammi per litro di biomassa secca, con una media di 1,5 grammi al giorno. Il contenuto proteico ha raggiunto il 74% del peso secco, un valore superiore a quello della farina di pesce (68%) e della soia (48%). L’analisi del profilo amminoacidico ha mostrato un’alta presenza di arginina, utile per la crescita di specie acquatiche, ma anche una carenza relativa di metionina e cisteina. Un eventuale arricchimento del mezzo con zolfo potrebbe migliorare questo aspetto.
Verso l’industria alimentare del futuro
La Single-Cell Protein ottenuta da CO₂ si candida come alternativa alle fonti proteiche convenzionali, in particolare nei settori della mangimistica e dell’alimentazione animale. Alcuni limiti da affrontare riguardano l’alto contenuto di acidi nucleici, che può aumentare l’uricemia in alcuni animali o nell’uomo. Tuttavia, esistono già trattamenti chimici o enzimatici per ridurre questa componente e rendere la biomassa adatta a usi alimentari.
Perché questa tecnologia può fare la differenza
La produzione di proteine a partire da CO₂ ed elettricità non solo offre una soluzione alla gestione dell’anidride carbonica, ma consente anche di svincolare la produzione proteica da fattori climatici, suolo e allevamenti intensivi. L’approccio descritto nel documento permette un uso efficiente di risorse energetiche e biologiche, con un’elevata resa proteica e un impatto ambientale contenuto. Pur essendo ancora a livello sperimentale, questo sistema ha il potenziale per essere esteso anche alla sintesi di carburanti biologici e materiali rinnovabili.
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