Bioraffinerie per l’agricoltura e l’agroindustria

Il giorno 6 dicembre 2013 si è svolto a Torino il workshop “Le bioraffinerie per l'agricoltura e l'agroindustria”, organizzato dal CRA, Consiglio per la Ricerca e la sperimentazione in Agricoltura.
Il workshop si è concentrato sulla sostenibilità dei processi produttivi agricoli, agrozootecnici e agroindustriali.
Un modo per incrementare il valore aggiunto e il reddito dell’impresa agricola è quello di valorizzare i sottoprodotti e gli scarti. L’impresa si trasforma di conseguenza in una bioraffineria che, riutilizzando i propri residui, contribuisce a ridurne il carico inquinante, aumenta la sostenibilità ambientale e allo stesso tempo migliora il bilancio economico.
A conclusione del convegno Legacoop Agroalimentare ha illustrato lo scale up di un processo pilota realizzato all’interno del progetto coordinato dal CRA-RPS: “BioMolEner – Recupero di scarti derivanti da attività agro-zootecniche ed agroindustriali per la produzione di biomolecole ad elevato valore aggiunto e biocombustibili”.
Il progetto è nato con lo scopo di creare un modello di bioraffineria realizzabile in aziende agricole di tipo agro-zootecnico e/o lattiero-caseario. Il modello già creato si basa su un sistema integrato di riutilizzo dei principali effluenti: liquami zootecnici, siero di latte e scotta (liquido residuale dopo l’estrazione della proteina e del grasso dal latte o dal siero di latte).
Il progetto prevede la produzione di biocombustibili per via biotecnologica, pertanto senza investimento di superfici agricole dedicate e senza entrare in competizione con produzioni di possibile destinazione alimentare, utilizzando esclusivamente scarti e residui, dopo aver massimizzato la valorizzazione di questi ultimi mediante l’estrazione e produzione di composti ad alto valore aggiunto.

Dal siero di latte si possono ottenere proteine, bioplasiche, acido lattico e bioetanolo.
Il siero viene pretrattato con un processo di precipitazione termocalcica e ultrafiltrazione al fine di recuperare la frazione lipidica e proteica. Il processo messo a punto non necessita del controllo della sterilità durante la fermentazione. Il processo di fermentazione creato in semicontinuo ha una resa in etanolo pressoché pari alla resa teorica massima sia con siero che con scotta. Il risultato ottenuto è particolarmente importante proprio per la scotta, perché mentre il siero può trovare varie forme di reimpiego, la scotta è un rifiuto che comporta solo un costo per lo smaltimento.
Questi processi generano a loro volta residui che possono a loro volta essere ancora riutilizzati.

Per la produzione di biodiesel è stata impiegata l’alga Scenedesmus obliquus per il trattamento di reflui gassosi e liquidi, contenenti rispettivamente CO₂ e composti azotati. S.obliquus ha dimostrato la capacità di ridurre gli inquinanti presenti nel refluo, in particolare l’ammonio, con un consumo pari al 64% in 72 ore.
Bio-idrogeno e bio-metanovengono ottenuti dai liquami zootecnici con un processo di digestione anaerobica.
In particolare, il bio-idrogeno viene prodotto mediante un processo di digestione in doppio stadio in condizioni di dark fermentation. A tale scopo sono impiegati consorzi microbici selezionati su matrici complesse.
La produzione di biometano avviene invece in micro-reattori (microcosmi). La resa in biometano da siero di latte viene nettamente migliorata dall’aggiunta di effluenti zootecnici con incremento progressivo fino alla quota del 50% di liquame. E’ stata messa a punto una tecnologia innovativa a doppio stadio di codigestione di siero e liquami in continuo con fase acidogenica e metanogenica concentriche, mediante la quale le rese e la qualità di biometano sono significativamente maggiori rispetto alle digestioni a singolo stadio o a doppio stadio tradizionali.

I reflui di questi processi miscelati con gli effluenti derivanti dalle lavorazioni del siero di latte possono essere destinati alla produzione di biomassa microalgale.
L’impianto pilota realizzato e presentato al convegno è idoneo per la produzione di bioplastiche da siero di latte e di biocombustibili gassosi. La produzione di biocombustibili può avvenire o in doppio stadio, il primo per la produzione di idrogeno e il secondo volto alla produzione di metano, o con processo interamente dedicato alla produzione di metano.

Per saperne di più:
Progetto BioMolEner
Articolo sulla co-digestione siero di latte reflui zootecnici “Innovative two-stage anaerobic process for effective codigestion of cheese whey and cattle manure”

Articolo sulla produzione di bio-etanolo dall’industria casearia:
Production of bioethanol from effluents of the dairy industry by Kluyveromyces marxianus