Carbon farming e upcycling – le parole chiave per mitigare il cambiamento climatico e dare vita all’economia circolare (1,2) – trovano in alghe e microalghe un’espressione senza pari sulla superficie terrestre.
Queste forme di vita primigenia non solo sequestrano enormi volumi di carbonio in atmosfera, ma convertono rapidamente la CO2 in materia organica e così in cibo, mangimi, fertilizzanti, biocarburanti.
ABECCS (Algae-based Bioenergy with Carbon Capture and Storage) è una delle applicazioni della blue bioeconomy più interessanti. Produrre proteine ed energia divorando anidride carbonica.
1) Mitigare il climate change con sistemi a emissioni negative. IPPC
‘Mitigation of Climate Change’, il rapporto 2022 di IPCC (The Intergovernmental Panel on Climate Change), conferma quanto già annotato nel 2014. (3) La probabilità di contenere l’aumento della temperatura globale entro il limite di +2°C è associata a 116 possibili scenari, laddove:
- l’87% delle ipotesi si basa sull’adozione di sistemi BECCS (Bioenergy with carbon capture and storage),
- il 67% di questi scenari postula che tali sistemi esprimano, entro il 2100, almeno il 20% dell’energia primaria mondiale.
Produrre energia a emissioni zero (es. solare, biometano), secondo IPCC, non è sufficiente a mitigare il riscaldamento globale. Servono anche sistemi a emissioni negative, in grado cioè di assorbire più carbonio di quanto ne emettano.
2) Stoccaggio di carbonio. I limiti degli ecosistemi terrestri
Alberi e piante (es. canapa, bambú) sono strumenti fondamentali per combattere il cambiamento climatico attraverso lo stoccaggio del carbonio. (4) Uno studio scientifico pubblicato su Nature (Terrer et al., 2021) ha peraltro evidenziato l’esistenza di una relazione variabile, anche negativa, tra lo sviluppo delle biomasse vegetali e lo stoccaggio di CO2 nei suoli (SOC, Soil Organic Carbon). (5)
L’osservazione di 108 studi sperimentali ha mostrato che lo stoccaggio di carbonio nei suoli (SOC) diminuisce quando la biomassa vegetale è fortemente stimolata dalla CO2. La riduzione delle performance dei suoli sembra legata al maggior assorbimento di nutrienti da parte di alcune piante, forse anche in relazione alle pratiche agronomiche adottate. Le proiezioni di SOC potrebbero quindi richiedere una revisione.
3) Microalghe superstar nello stoccaggio di carbonio
Le microalghe rappresentano una delle soluzioni più promettenti sia per produrre alimenti di alto valore nutrizionale (6,7), sia per contribuire alla mitigazione del climate change. Anche attraverso la creazione di sistemi di stoccaggio di carbonio che possono superare i limiti degli ecosistemi terrestri, in ragione di quanto segue.
3.1) Rapporto tra bioenergia prodotta e spazio utilizzato
La produzione di bioenergia attraverso le microalghe richiede una superficie dieci volte inferiore a quella necessaria a produrre la stessa quantità di energia attraverso le piante terrestri.
3.2) Consumo di acqua e condizioni di crescita
La coltivazione di microalghe consuma meno acqua di molte colture terrestri. Con due sostanziali differenze:
- non è richiesto, se pur possibile, l’utilizzo di acqua dolce,
- è possibile apportare sostanze nutritive tramite acque reflue di altri processi industriali.
3.3) Rapidità di crescita
La fotosintesi viene utilizzata dalle microalghe per assorbire CO2, acqua, luce solare e produrre energia. Ma a differenza di molte piante, le microalghe non hanno bisogno di sviluppare steli e/o radici.
L’energia delle microalghe è perciò dedicata in prevalenza alla divisione cellulare, che ne consente la replicazione costante a un ritmo molto più rapido rispetto agli alberi.
Anche perciò le microalghe acquatiche sono state identificate come specie a crescita rapida il cui tasso di fissazione del carbonio è superiore a quelli delle piante terrestri.
3.4) Prosperità in ambienti ad alta concentrazione di CO2
Alcune specie di microalghe sono in grado di prosperare in ambienti ad alta concentrazione di CO2 e rimuoverla efficacemente a un tasso da 10 a 50 volte superiore a quello delle piante terrestri. Un acro (0,4 ha) di alghe può rimuovere fino a 2,7 tonnellate al giorno di CO2.
Chlorella spicca nella grande resistenza a condizioni ambientali difficili, mostrando ottimi tassi di crescita a diverse concentrazioni di CO2 (15%), oltreché in presenza di ossidi di azoto e di zolfo (NOx, SOx), gas responsabili dello smog. (8)
4) Upcycling di CO2 per la produzione industriale di alghe. L’esempio di Pond Technology
Pond Technologies (Canada) ha sviluppato un sistema di upcycling della CO2 emessa da vari impianti industriali (es. centrali elettriche, raffinerie petrolifera, cementifici, industrie alimentari, etc.).
Bioreattori convenzionali, collegati alle infrastrutture, trasferiscono le emissioni dai camini alle vasche ove le alghe consumano l’anidride carbonica e rilasciano ossigeno in atmosfera, producendo altresì biomasse con diverse destinazioni.
5) Biocarburanti a emissioni negative da microalghe
I sistemi ABECCS (Algae-based Bioenergy with Carbon Capture and Storage) utilizzano microalghe marine per produrre energia a emissioni negative, in grado cioè di assolvere ai fabbisogni indicati da IPPC (vedi sopra, paragrafo 1).
I vantaggi dei biofuels così prodotti, rispetto ad altri materiali falsamente rappresentati come tali, sono:
- impronta di carbonio effettivamente negativa (a differenza, ad esempio, dell’olio di palma. Vedi nota 9),
- assenza di competizione con le produzioni alimentari, negli input (es. acqua dolce) e gli output (come invece, tra le altre, le colture di mais a uso biofuel). (10)
6) Sistemi integrati di agricoltura, silvicoltura e coltivazione di alghe
Sistemi integrati di agricoltura, silvicoltura e coltivazione di alghe risultano altresì promettenti – sotto i diversi punti di vista, economico e ambientale – per la produzione di alimenti, mangimi e bioenergia. Si segnala al riguardo uno studio (Beal et al., 2018) su un progetto di ABECCS ove un impianto di alghe di 121 ettari è stato abbinato a una foresta di eucalipto di 2.680 ettari. (11)
La biomassa di eucalipto alimenta la generazione combinata di calore ed elettricità (combined heat and power plants, CHP) con successiva cattura e stoccaggio del carbonio (Carbon Capture and Storage, CCS). Una parte della CO2 catturata viene utilizzata per la coltivazione delle alghe, il resto viene sequestrato. La combustione della biomassa fornisce CO2, calore ed energia elettrica, favorendo al tempo stesso la coltivazione delle alghe.
6.1) Sistemi integrati, output di proteine ed energia
Il sistema integrato oggetto di analisi (Beal et al., 2018) ha prodotto una quantità di proteine pari a quella della soia, generando al contempo 61,5 TJ di energia elettrica e sequestrando 29.600 t/anno di CO2. L’energia generata è risultata maggiore di quella consumata, l’impronta idrica (acqua dolce) pressoché uguale a quella della soia.
I risultati economici sono risultati pari a quelli di una monocoltura di soia, grazie alla disponibilità di combinazioni di prodotti che possono includere la fornitura di biomassa algale – con funzioni sostitutive della farina di pesce, ovvero della soia – con corrispondenti crediti di carbonio. E un apprezzabile valore ambientale per il rispetto della biodiversità in area forestale.
7) Conclusioni provvisorie
Alghe e microalghe rappresentano una soluzione concreta per la produzione di biomasse con varie destinazioni (alimenti, mangimi, fertilizzanti e biostimolanti, biofuels) e bioenergia, con impronta carbonica negativa.
L’integrazione della produzione di microalghe nei sistemi agricoli e industriali appare promettente anche per le prospettive di upcycling di flussi laterali dei processi (es. coprodotti) in ingredienti alimentari.
Dario Dongo e Giulia Pietrollini
Note
(1) Dario Dongo, Giulia Pietrollini. Carbon farming, via libera del Consiglio alla certificazione UE dei crediti di carbonio in agricoltura. GIFT (Great Italian Food Trade). 21.12.22
(2) Dario Dongo. Upcycling, la via maestra di ricerca e innovazione. GIFT (Great Italian Food Trade). 1.1.23
(3) IPPC, The Synthesis Report of the Fifth Assessment Report, (2014) AR5 Synthesis Report: Climate Change 2014 — IPCC
(4) Marta Strinati. Il potere della canapa di sequestrare carbonio al centro di Hemp-30. GIFT (Great Italian Food Trade). 10.1.23
(5) Terrer, C., Phillips, R.P., Hungate, B.A. et al. (2021). A trade-off between plant and soil carbon storage under elevated CO2. https://www.nature.com/articles/s41586-021-03306-8 Nature 591, 599–603. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03306-8
(6) Dario Dongo. ProFuture, microalghe per nutrire il pianeta. Il progetto di ricerca UE. GIFT (Great Italian Food Trade). 18.6.19
(7) Dario Dongo, Andrea Adelmo Della Penna. Alghe e microalghe per uso alimentare in Europa, l’ABC. GIFT (Great Italian Food Trade). 14.11.22
(8) S.P. Singh, Priyanka Singh (2014). Effect of CO2 concentration on algal growth: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Volume 38, 2014, Pages 172-179, ISSN 1364-0321, https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.05.043.
(9) Dario Dongo, Giulia Caddeo. Biodiesel da olio di palma. Antitrust condanna ENI. Égalité. 8.2.20
(10) Marta Strinati. Aumento dei prezzi e crisi alimentare in tempo di guerra. Retroscena nel rapporto iPES FOOD. GIFT (Great Italian Food Trade). 10.5.22
(11) Beal, Colin M.; Archibald, Ian; Huntley, Mark E.; Greene, Charles H.; Johnson, Zackary I. (2018). Integrating Algae with Bioenergy Carbon Capture and Storage (ABECCS) Increases Sustainability. Earth’s Future. doi: 10.1002/2017EF000704
(12) Dario Dongo. Upcycling, la via maestra di ricerca e innovazione. GIFT (Great Italian Food trade). 1.1.23
Dario Dongo, avvocato e giornalista, PhD in diritto alimentare internazionale, fondatore di WIISE (FARE - GIFT – Food Times) ed Égalité.
Laureata in biotecnologie industriali e appassionata di sviluppo sostenibile.
