Chimica, bioenergia e biomateriali

Una volta che la materia che ci circonda è ben conosciuta, gli scienziati dovrebbero essere in grado di sviluppare tecnologie per sfruttarla e migliorare lo stile di vita dei cittadini.

La chimica è considerata la "scienza centrale", poiché coinvolta nello studio della composizione della materia e delle sue interazioni.

Per diversi anni, tuttavia, le industrie chimiche sono state considerate il luogo più dannoso del pianeta; oggi, grazie alla sensibilità ambientale e alle restrizioni legislative, ogni azienda chimica si sta muovendo in una “direzione green” come conseguenza del fatto che garantire la salute del pianeta è un obiettivo comune.

In questo contesto, bioenergia e biomateriali stanno diventando termini comuni che svolgono un ruolo chiave nella sostenibilità e sono legati all’essenziale esigenza globale di continuare a vivere riducendo l’impatto sul pianeta in termini di emissioni di carbonio e inquinamento ambientale.

L’IEA (Agenzia Internazionale dell’Energia) definisce la bioenergia come la fonte più importante di energia rinnovabile oggi, prodotta da biomassa e biocarburante. La biomassa è qualsiasi materiale organico che ha assorbito la luce solare e l’ha immagazzinata sotto forma di energia chimica attraverso il processo di fotosintesi. Poiché la biomassa tecnicamente può essere utilizzata direttamente come fonte di combustibile, indica la materia prima da cui si ricava il biocarburante. L’IEA sostiene anche che l’attuale tasso di diffusione della bioenergia è ben al di sotto dei livelli richiesti negli scenari a basse emissioni di carbonio, e che è urgentemente necessario accelerarne la diffusione.

^{Schema di un processo del Ciclo del Biogas}

La digestione anaerobica è un processo biologico complesso che consente la conversione dei composti organici in biogas, una miscela di metano (CH4) e anidride carbonica (CO2), senza richiedere l’uso di ossigeno che, sebbene sia abbastanza comune nell’ambiente, il suo utilizzo non è generalmente conveniente nelle industrie. Il processo ha origine da tutto ciò che è incluso in una fattoria. La questione iniziale più importante quando si considera l’applicazione dei sistemi di digestione anaerobica è il substrato di alimentazione del processo. Quasi qualsiasi materiale organico può essere trattato con la digestione anaerobica. Gli effluenti avicoli sono considerati i più efficienti grazie al loro contenuto di umidità e all’elevato contenuto di azoto. Tuttavia, il letame di pollo contiene sostanze inerti che tendono a sedimentare e causare problemi operativi, costringendo all’uso di reattori di piccolo volume. Altri substrati potrebbero essere i fanghi di depurazione, inclusi quelli accumulati a valle dei rifiuti solidi urbani e industriali. Durante questo processo, molti microrganismi sono coinvolti nella conversione del composto organico in un composto intermedio, come l’acido acetico, e infine nella conversione di quest’ultimo in metano. I microrganismi anaerobici presentano un basso tasso di crescita e una bassa velocità di reazione cinetica, quindi richiedono condizioni operative ottimizzate; di conseguenza, i tempi del processo sono più lunghi rispetto ad altri processi biologici.

Il vantaggio di questo processo è che il substrato verde permette la produzione di biocarburante con un potere calorifico significativamente elevato. Pertanto, l’unico impatto ambientale è causato dai macchinari utilizzati nel processo o dall’energia (e dai costi) necessari per il trasporto e la compressione del biometano per l’uso commerciale. Quindi, questo concetto green di energia è ottimizzato quando fermentatori o reattori (e tutti gli altri processi di trattamento correlati) sono alimentati energeticamente con energia rinnovabile, come idroelettrico, collettori solari, impianti fotovoltaici, energia eolica, e così via.

Modulo di Approfondimento

(Esempi di Progetti che utilizzano strumenti AR per processi circolari con il concetto di sostenibilità)