Le attività di ricerca svolte rientrano nell’unità operativa W2 del progetto FilAgro:
individuazione e caratterizzazione delle biomasse di scarto nell’ambito del sistema agro-zootecnico lombardo per la valutazione del loro potenziale bioenergetico e la realizzazione di nuovi prodotti biodegradabili.
La linea di ricerca in particolare ha come obiettivo l’identificazione di strategie atte a migliorare il processo di digestione anaerobica delle biomasse tramite:
- l’identificazione di un pretrattamento biologico;
La biomassa lignocellolosica derivante da residui agricoli ed industriali rappresenta una potenziale fonte di bioenergia abbondante, rinnovabile ed a basso costo. Solo una piccola frazione di organismi è in grado di degradare la lignocellulosa, poiché è molto recalcitrante a causa della sua insolubilità e della presenza di regioni cristalline in cui le molecole di cellulosa, emicellulosa, lignina e di altre sostanze che la compongono hanno forti interazioni. Per migliorare la digestione anaerobica della lignocellulosa si possono individuare dei pretrattamenti biologici che, rispetto a quelli chimici e fisici, hanno come vantaggio un basso utilizzo di sostanze chimiche ed energia.
Gli ambienti naturali rappresentano una fonte di biodiversità per isolare microrganismi lignocellulosolitici. Sono stati scelti due ecosistemi su cui effettuare la selezione dei microrganismi, caratterizzati da elevata attività di decomposizione della sostanza organica: la laguna di Orbetello e un terreno di bosco della Valtellina. Ad oggi sono stati selezionati ed identificati 39 ceppi lignocellulosolitici, è in corso la loro caratterizzazione e studio per una possibile applicazione.
- La comprensione delle dinamiche delle comunità che sono coinvolte nel processo di digestione anaerobica, correlate alla performance della digestione anaerobica.
La degradazione anaerobica delle biomasse avviene ad opera di specifici consorzi batterici e di archea. La biochimica della metanogenesi è ben caratterizzata e diverse specie coinvolte in questo processo sono state descritte in dettaglio; tuttavia la conoscenza della composizione della comunità microbica e delle interazioni tra i membri della comunità coinvolti nella produzione del biogas risulta ancora non completa. Lo sviluppo di nuove tecnologie (high-throughput next generation sequencing NGS) permette la realizzazione di progetti di sequenziamento di metagenomi di comunità microbiche a costi e tempi contenuti. Lo studio del microbioma del digestore permette di evidenziare le dinamiche della popolazione microbica.
La frazione organica del rifiuto solido urbano (FORSU) è caratterizzata da un alto contenuto organico ed una elevata biodegradabilità; rappresenta quindi un buon substrato per la degradazione anaerobica. Tuttavia l’elevata degradabilità può causare un accumulo di acidi volatili, soprattutto in risposta a carichi organici elevati, che possono interferire con il processo di digestione anaerobica. Durante il primo anno di ricerca è stato messo a punto un esperimento pilota in cui sono state ricreate delle condizioni di aumento di carico organico volumetrico; i dati della composizione della comunità microbica, derivanti dal sequenziamento, verrano in seguito correlati con i parametri chimico-fisici del digestore alimentato a FORSU.
