Production of Advanced Products from Sargassum through Integrated Conversion

L'oceano non è solo una fonte di cibo e di viaggio; è anche una vasta fabbrica vivente che produce biomassa in quantità sbalorditive. Negli ultimi anni, un tipo specifico di alga bruna chiamata Sargassum ha iniziato a fiorire con un'intensità senza precedenti nell'Oceano Atlantico e nei Caraibi. Sebbene questa abbondanza rappresenti un enorme serbatoio di materiale organico, è stata in gran parte considerata un problema. Quando questi tappeti si riversano sulla costa, marciscono, rilasciano odori sgradevoli e soffocano gli ecosistemi costieri, costando alle comunità locali milioni di dollari ogni anno per la pulizia. Gli scienziati si sono spesso chiesti se questo fastidio potesse essere trasformato in qualcosa di utile, convertendo una crisi di gestione dei rifiuti in una fonte di energia o di materiali. Per farlo, i ricercatori devono prima comprendere la composizione chimica unica dell'alga, che differisce significativamente dalle piante terrestri, e poi sviluppare un modo per scomporla in semplici blocchi costruttivi che i microbi possano consumare.

Un team di ricercatori del National Laboratory of the Rockies e dell'Università di Porto Rico ha compiuto un passo importante verso la risposta a questa domanda. Hanno sviluppato un sistema completo per processare il Sargassum, passando da un raccolto grezzo e umido a un flusso di zuccheri utilizzabili e un residuo solido. Il loro lavoro dimostra che, sebbene l'alga possa essere convertita in prodotti preziosi come i lipidi per il combustibile, l'economia del processo dipende fortemente da ciò che accade al materiale solido residuo. Lo studio suggerisce che semplicemente trasformare l'alga in combustibile non è sufficiente per rendere l'attività redditizia; la vera chiave del successo risiede nel trovare un uso ad alto valore per il rifiuto solido che rimane dopo l'estrazione degli zuccheri.

I ricercatori hanno iniziato raccogliendo tonnellate di Sargassum dalla costa di Porto Rico. L'alga arrivava bagnata e pesante, contenendo una grande quantità d'acqua che avrebbe reso la lavorazione costosa ed inefficiente. Per risolvere questo problema, hanno prima strizzato la biomassa attraverso una grande pressa a vite, una macchina che agisce come una gigantesca centrifuga. Questo passaggio ha rimosso una parte significativa dell'acqua, creando una torta densa e spessa di solidi algali e un flusso liquido ricco di uno zucchero alcolico chiamato mannitolo. Hanno scoperto che questa pressatura meccanica non distruggeva gli zuccheri preziosi all'interno dell'alga, ma semplicemente li concentrava, rendendo il materiale più facile da gestire e conservare. Hanno anche scoperto che potevano preservare l'alga strizzata per mesi trattandola con una piccola quantità di acido, impedendole di marcire e permettendo all'impianto di operare tutto l'anno, anche quando i fioriture di alghe non sono al loro apice.

Successivamente, il team si è occupato della difficile sfida di sbloccare gli zuccheri intrappolati all'interno delle dure pareti cellulari dell'alga. A differenza delle piante terrestri, il Sargassum contiene polimeri complessi che sono resistenti alla decomposizione. I ricercatori hanno utilizzato calore e acido solforico diluito per ammorbidire queste pareti e rilasciare gli zuccheri. Hanno testato molte diverse combinazioni di temperatura, tempo e forza dell'acido per trovare il punto ideale. Hanno scoperto che erano necessarie temperature più alte e più acido per scomporre gli zuccheri di riserva più duri, ma queste stesse condizioni rischiavano di distruggere gli zuccheri acidi più delicati. Attraverso una sperimentazione attenta, sono riusciti a rilasciare più della metà degli zuccheri intrappolati in un flusso liquido, creando una fonte di cibo per la fase successiva del processo.

Con gli zuccheri rilasciati, i ricercatori hanno introdotto un lievito specializzato, un fungo unicellulare noto per la sua capacità di consumare una grande varietà di zuccheri e trasformarli in grasso. Hanno nutrito il lievito con una miscela del liquido strizzato dall'alga e dello stream di zucchero trattato con acido. Il lievito è prosperato, consumando gli zuccheri e accumulando grasso all'interno delle sue cellule. Questo grasso, o lipide, è un prezioso precursore per la produzione di combustibili rinnovabili e prodotti chimici. Tuttavia, il lievito faticava con alcuni degli zuccheri specifici presenti nell'alga, e la quantità totale di grasso prodotto era limitata da quanto fosse diluito lo stream di zucchero. Per superare questo ostacolo, hanno utilizzato un sistema di filtrazione che manteneva le cellule di lievito all'interno del reattore mentre rimuoveva il liquido usato e aggiungeva nuovo cibo, permettendo alle cellule di lavorare più a lungo e in modo più efficiente.

La parte più critica dello studio è arrivata quando i ricercatori hanno guardato al quadro generale dei costi. Hanno costruito un modello informatico dettagliato di una fabbrica su larga scala che eseguirebbe questi passaggi ogni giorno. Il modello ha rivelato una verità sorprendente: il denaro guadagnato dalla vendita del grasso prodotto dal lievito non era sufficiente a coprire gli alti costi di raccolta dell'alga e di gestione della fabbrica. Il processo aveva senso finanziariamente solo se i residui solidi dell'estrazione degli zuccheri potessero essere venduti per una cifra significativa. I ricercatori hanno calcolato che questo residuo solido avrebbe dovuto essere venduto per quasi mille dollari a tonnellata per rendere l'intera operazione redditizia. Sebbene i solidi dell'alga possano potenzialmente essere utilizzati come fertilizzante, mangime per animali o componente per le plastiche, i prezzi di mercato attuali per questi prodotti sono molto più bassi di quanto sia richiesto.

Lo studio conclude che trasformare il Sargassum in un biocarburante è tecnicamente possibile ma economicamente fragile. La tecnologia funziona, ma la strada verso un'industria sostenibile dipende dalla risoluzione del puzzle dei residui solidi. Se gli scienziati riusciranno a trovare un modo per trasformare il residuo algale in un prodotto ad alto valore, o se il costo di raccolta dell'alga potrà essere drasticamente ridotto, allora questo fastidio costiero potrebbe diventare una vera risorsa. Fino ad allora, la conversione del Sargassum rimane un concetto promettente che attende che l'ultimo tassello del puzzle economico si incastri al suo posto.