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Stato dell’arte sulle tecnologie di elettrometanogenesi microbica

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Stato dell’arte sulle tecnologie di elettrometanogenesi microbica

L’elettrometanogenesi – denominata power-to-gas bioelettrochimico (BEP2G) – è una tecnologia innovativa per immagazzinare elettricità rinnovabile in forma di metano, alternativa sia alla metanogenesi biochimica sia alla metanazione termochimica (processo Sabatier). Il processo è sostenuto da microrganismi selezionati dagli impianti di biogas o da ambienti naturali anaerobici. Il presente rapporto ne riporta lo stato dell’arte, evidenziando vantaggi e limiti del metabolismo microbico e dei materiali elettrodici, suggerendo indirizzi di ricerca volti a superarli.

Il power-to-gas bioelettrochimico (BEP2G), è una nuova tecnologia di elettrometanogenesi in cui l”anidride carbonica (CO2) e l”energia elettrica sono convertite direttamente in metano (CH4) su elettrodi colonizzati da microrganismi metanogeni del dominio Archea. L”analisi dei tassi di produzione e la stima dell”input di energia mostrano che il BEP2G può, in linea di principio, diventare un”alternativa interessante sia alla metanogenesi biochimica sia alla metanazione termochimica (processo di Sabatier), operando con pool di microrganismi selezionati dagli impianti di biogas o da ambienti naturali anaerobici. L’elettrometanogenesi microbica può essere combinata efficacemente al processo convenzionale di digestione anaerobica (AD) utilizzando i gas ricchi di CO2 prodotti dagli impianti di biogas ed effettuando l’up-grading del metano oppure può avvalersi di scarichi gassosi industriali ricchi di CO2. In questo modo, contribuendo a risolvere il problema delle emissioni e accumulando energia altrimenti dispersa.

Tuttavia, sono ancora molti i problemi tecnologici da risolvere per rendere economicamente ed industrialmente competitiva la BEP2G rispetto agli altri sistemi di accumulo di energia più maturi. I sistemi bioelettrochimici, infatti, sono ancora sperimentati prevalentemente a livello di laboratorio. Per portare la tecnologia BEP2G ad un livello industriale precompetitivo, si stanno studiando materiali biocompatibili porosi ad elevate superfici, come il carbone di origine biogenica opportunamente funzionalizzato, su cui massimizzare l’interazione con i microrganismi, minimizzando le resistenze al trasferimento di carica e al trasporto diffusivo di massa. Altri aspetti critici riguardano l’ottimizzazione del disegno e della configurazione dei bioreattori per rendere la tecnologia riproducibile su larga scala. Negli ultimi anni, numerose ricerche sono dedicate a raggiungere questi obiettivi.

I risultati più promettenti sono descritti nel presente rapporto, motivando i programmi sperimentali previsti nella Ricerca di Sistema in corso. In particolare, è suggerita l’opportunità di sperimentare la sintrofia tra batteri e archaea ipertermofili, prendendo spunto dal comportamento naturale di questi microrganismi in ambienti naturali estremi e ricchi di CO2. È evidenziata, inoltre, l’opportunità di sperimentare materiali innovativi per gli elettrodi, per esempio multicompositi a base di carbone biogenico funzionalizzato con idrossiapatite, che potrebbero rendere scalabile la tecnologia BEP2G in una logica di economia circolare.

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