L’anidride carbonica è uno dei principali motori del cambiamento climatico, e questo significa che in futuro saremo costretti a ridurre le emissioni di CO2. Ora, una equipe di ricercatori, sta evidenziando un possibile modo per ridurre queste emissioni: utilizzare il gas serra come materia prima, ad esempio per produrre plastica. Per fare ciò gli studiosi producono prima metanolo e acido formico dalla CO2, per poi convertire microrganismi in elementi costitutivi per polimeri e simili.
Man mano che le materie prime a base fossile vengono bruciate, la CO2 viene rilasciata nell’aria. Fino a questo momento la concentrazione di CO2 nell’atmosfera terrestre è già salita a circa 400 parti per milione (ppm), pari allo 0,04%. Per fare un confronto con il passato basti pensare che fino alla metà del XIX secolo, questo valore era ancora nell’intervallo di 280 ppm. L’aumento del livello di anidride carbonica ha un impatto significativo sul clima. Dal 1° gennaio 2021, le emissioni prodotte dalla combustione di combustibili fossili sono quindi stati oggetto di costi, il che significa che le aziende manifatturiere devono pagare per le loro emissioni di CO2. Di conseguenza, un gran numero di aziende è alla ricerca di nuove soluzioni.
Chimica catalitica e biotecnologia: una combinazione vincente
I ricercatori stanno attualmente sviluppando approcci a questi nuovi progetti EVOBIO e ShaPID presso l’Istituto Fraunhofer per l’ingegneria interfacciale e la biotecnologia IGB. Stanno lavorando a entrambi i progetti in collaborazione con diversi istituti. “Utilizziamo la CO2 come materia prima“, afferma il Dr. Jonathan Fabarius, Senior Scientist Biocatalysts presso Fraunhofer IGB. “Stiamo perseguendo due approcci: primo, la catalisi chimica eterogenea, mediante la quale convertiamo la CO2 con un catalizzatore in metanolo. In secondo luogo, l’elettrochimica, con la quale produciamo acido formico dalla CO2“. Tuttavia la caratteristica unica non sta in questo CO2 a base di metanolo e acido formico da soli, ma nella sua combinazione con la biotecnologia, più specificamente con le fermentazioni di microrganismi. Per dirla più semplicemente: i ricercatori prendono prima il prodotto di scarto CO2, dannoso per il clima, per produrre metanolo e acido formico. In seguito, usano questi composti per “nutrire” i microrganismi che producono ulteriori prodotti da essi. Un esempio di questo tipo di prodotto sono gli acidi organici, che vengono utilizzati come blocchi di costruzione per i polimeri, e questo non è altro che un modo per produrre plastiche a base di CO2. Questo metodo può essere utilizzato anche per produrre aminoacidi, ad esempio come integratori alimentari o mangimi per animali.
Il nuovo approccio offre una serie di vantaggi. “Possiamo creare prodotti completamente nuovi e anche migliorare l’impronta di CO2 dei prodotti tradizionali“, specifica Fabarius. Mentre i processi chimici convenzionali richiedono molta energia e talvolta solventi tossici, i materiali in questo caso possono essere prodotti con microrganismi in condizioni più miti e più efficienti dal punto di vista energetico. Dopo tutto, come fanno notare i ricercatori, i microbi crescono in soluzioni acquose più rispettose dell’ambiente.
L’ingegneria metabolica lo rende possibile
Il team di ricerca utilizza sia batteri metilotrofi nativi, cioè quelli che metabolizzano naturalmente il metanolo, sia lieviti che non possono effettivamente metabolizzare il metanolo. I ricercatori tengono anche costantemente d’occhio se vengono scoperti nuovi organismi interessanti e li controllano per la loro idoneità come “fabbriche di cellule“. Ma in che modo questi microrganismi realizzano effettivamente i prodotti? E come possiamo influenzare ciò che producono? “In linea di principio, utilizziamo il metabolismo del microrganismo per controllare la fabbricazione del prodotto“, spiega Fabarius. “Per fare ciò, introduciamo geni nei microbi che forniscono il progetto per determinati enzimi. Questo è anche noto come ingegneria metabolica”. Gli enzimi che vengono successivamente prodotti nel microrganismo catalizzano a loro volta la produzione di un prodotto specifico. In contrasto a ciò, i ricercatori spengono specificamente i geni che potrebbero influenzare negativamente questa produzione. “Variando i geni introdotti, possiamo produrre un’ampia gamma di prodotti“, afferma Fabarius con entusiasmo.
Il team di ricerca sta lavorando sull’intera catena di produzione: a partire dai microrganismi, seguiti dalle modifiche genetiche e dall‘upscaling della produzione. Mentre alcuni processi produttivi sono ancora in fase di laboratorio, altri prodotti sono già in produzione in bioreattori con una capacità di dieci litri. Per quanto riguarda l’applicazione industriale di tali processi, Fabarius prevede la loro implementazione nel medio-lungo termine. Dieci anni sono un orizzonte temporale realistico, spiega lo studioso. Tuttavia, la pressione sull’industria per stabilire nuovi processi è in aumento.
