Nuovi studi mostrano come i reattori basati sui biofilm possano essere utilizzati per produrre biometano dall'anidride carbonica o monossido di carbonio, con una purezza superiore al 96%.
Reattori a biofilm ingegnerizzato per il biometano
Come migliorare la digestione anaerobica impiegata nei processi di produzione del biometano? Utilizzando i biofilm ingegnerizzati. A decantare le lodi di questo approccio è oggi il Norwegian Institute of Bioeconomy Research (NIBIO) attraverso cinque studi che documentano i benefici pratici dei biofilm nella biometanazione.
“Il nostro obiettivo è stato quello di progettare il biofilm in modo che lavorasse per noi per una conversione mirata, utilizzando reattori a letto fisso o mobile”, ha spiegato il Dott. Lu Feng, a capo del team di ricerca. “Questo apre nuove opportunità per convertire i gas che hanno un impatto sul clima in energia preziosa.”
Cosa sono i biofilm?
Con il termine biofilm ci si riferisce solitamente a uno strato di microrganismi che cresce sulle superfici. La sua formazione è un processo multistadio in cui batteri, archeobatteri e miceti aderiscono e crescono su un determinato supporto, producendo sostanze polimeriche extracellulari e lavorando in sinergia. Questa comunità di microrganismi è in grado di sviluppare diversità metabolica e funzionale, offrendo diversi vantaggi alla digestione anaerobica (DA).
In primo luogo, può ridurre il tempo di ritenzione della biomassa nel sistema, dando una mano ai tradizionali batteri anaerobici a crescita lenta (che possono richiedere giorni o settimane). In secondo luogo, il biofilm migliora il trasferimento di massa gas-liquido e dei nutrienti attraverso la sua ampia superficie, producendo un’elevata attività microbica locale.
“Invece di decomporre i rifiuti organici, come avviene nella produzione tradizionale di biogas,” sottolinea lo scienziato, “il metodo del biofilm cattura ed elabora flussi di gas utilizzando microrganismi autoselezionati ospitati all’interno di un sottile strato in condizioni di assenza di ossigeno.”
Un aiuto alla produzione effciente di biometano
Ben inteso: l’applicazione del biofilm nella digestione anaerobica non rappresenta una novità. Tuttavia, la maggior parte delle applicazioni e delle ricerche degli ultimi dieci anni si sono concentrate esclusivamente sul trattamento delle acque reflue, riservando un’attenzione molto limitata ad altre materie prime o applicazioni.
Il gruppo del NIBIO sta invece lavorando sulla conversione di gas come la CO₂ o il monossido di carbonio (CO) in biometano puro al 96% attraverso biofilm selezionati e bioingegnerizzati.
“Introducendo specifici microbi produttori di metano nei reattori, siamo riusciti a indirizzare il processo verso una conversione più efficiente della CO₂,” afferma il dott. Feng.
I ricercatori sottolineano come, in generale, i biofilm influenzino positivamente il processo di digestione anaerobica migliorando la velocità di idrolisi, le attività enzimatiche, il trasferimento di massa, la diversità microbica e la resistenza agli inibitori, e di conseguenza ne aumentano l’efficienza e la stabilità.
Alta resistenza alle sostanze nocive
L’approccio presenta un ulteriore vantaggi. “Tollera anche sostanze nocive che altrimenti ostacolerebbero la produzione di gas.” In particolare, i biofilm possono aiutare a gestire sfide come elevati livelli di ammoniaca e idrogeno solforato (H₂S). Queste sono sostanze spesso presenti nei flussi di gas industriali e possono rappresentare un problema nei bioreattori convenzionali.
Uno studio sui reattori a flusso a pistone con biofilm in due diversi impianti a biogas in Norvegia ha messo a confronto due impianti: uno su scala industriale alimentato principalmente con letame bovino e insilato di pesce, e uno su scala agricola alimentato solo con letame bovino. In entrambi i casi il reattore ha mostrato una maggiore resilienza a elevate concentrazioni di acidi e, nell’impianto su scala agricola, ha tollerato concentrazioni di ammonio fino a 5500 ppm.
