Trasformare i rifiuti organici in risorse per la produzione di energia e materiali potrebbe rappresentare una delle strade da percorrere per ridurre l’impatto ambientale di alcuni processi industriali. È questo l’obiettivo di uno studio condotto dalla Nanyang Technological University (NTU) di Singapore, dove un gruppo di ricercatori ha sviluppato un processo sperimentale in grado di convertire scarti come i gusci di gambero in idrogeno, proteine destinate all’acquacoltura e carbonato di calcio
La ricerca, ancora nella fase di laboratorio, punta a sfruttare materiali che normalmente finirebbero in discarica, riducendo al tempo stesso le emissioni associate al loro smaltimento.
Come funziona il processo
Il procedimento sviluppato dal team guidato dall’ingegnere elettrochimico Li Hong si articola in diverse fasi.
Il primo passaggio consiste nella frantumazione dei gusci di gambero fino a ottenere una pasta. Da questa miscela viene separato il carbonato di calcio, un composto utilizzato in numerosi settori, dall’edilizia fino ai prodotti farmaceutici.
La parte restante, costituita principalmente da acidi organici e ammoniaca, viene inviata in un elettrolizzatore alimentato da energia solare. A differenza dell’elettrolisi tradizionale dell’acqua, questo sistema utilizza la biomassa come materiale di partenza, riducendo il fabbisogno energetico e limitando la produzione di ossigeno, uno degli elementi che rende più complessi gli impianti convenzionali.
L’idrogeno prodotto viene raccolto durante questa fase, mentre i residui organici vengono successivamente trattati in un bioreattore.
Dalla biomassa anche proteine per l’acquacoltura
L’ultima fase del processo sfrutta batteri fototropici che fermentano la biomassa residua trasformandola in una proteina ad alto contenuto nutritivo.
Secondo i ricercatori, questo materiale potrebbe essere impiegato come ingrediente per l’alimentazione dei pesci e dei crostacei allevati. In questo modo si contribuisce a ridurre la dipendenza dalle farine ottenute dalla pesca di specie selvatiche, una pratica considerata una delle criticità dell’acquacoltura moderna.
L’approccio consentirebbe quindi di valorizzare integralmente gli scarti, trasformandoli sia in energia sia in nuovi prodotti.
L’obiettivo: un’idrogeno a emissioni di carbonio negative
Uno degli aspetti più interessanti dello studio riguarda il bilancio delle emissioni.
Secondo gli autori, evitando che i rifiuti organici si decompongano in discarica e recuperando contemporaneamente materiali utili, il processo potrebbe arrivare a generare un bilancio complessivo di emissioni negative di carbonio, ovvero rimuovere più anidride carbonica di quanta ne venga emessa durante l’intero ciclo produttivo.
Si tratta tuttavia di una valutazione riferita al sistema sperimentale sviluppato in laboratorio, che dovrà essere verificata su scala industriale attraverso analisi indipendenti.
Il ruolo dell’idrogeno nella transizione energetica
Oggi gran parte dell’idrogeno utilizzato dall’industria viene prodotto attraverso il reforming del gas naturale, processo che dà origine al cosiddetto “idrogeno grigio”, caratterizzato da elevate emissioni di CO₂.
Negli ultimi anni sta invece aumentando l’interesse verso l'”idrogeno verde”, ottenuto mediante elettrolisi alimentata da fonti rinnovabili.
L’idrogeno viene impiegato principalmente nella produzione di fertilizzanti e prodotti chimici, ma viene considerato anche una possibile soluzione per decarbonizzare comparti difficili da elettrificare, come il trasporto marittimo, l’aviazione e alcuni processi industriali ad alta intensità energetica.
Risultati promettenti, ma ancora da migliorare
Nel laboratorio della NTU il sistema è in grado di produrre circa 14 litri di idrogeno all’ora.
Gli stessi ricercatori riconoscono però che il rendimento è ancora inferiore rispetto alle attuali tecnologie commerciali dedicate all’idrogeno verde. Secondo gli esperti coinvolti nello studio, aumentare l’efficienza e ridurre i costi sarà fondamentale per rendere il processo competitivo.
L’energia elettrica rappresenta infatti la principale voce di costo prevista per un eventuale impianto pilota capace di trattare circa 200 tonnellate di gusci di gambero.
Una tecnologia applicabile anche ad altri rifiuti
Uno degli elementi di maggiore interesse è la versatilità del sistema.
Secondo il team di ricerca, la tecnologia non è limitata agli scarti della lavorazione dei crostacei ma potrebbe essere adattata a numerosi altri materiali organici, tra cui:
- residui agricoli;
- cartone;
- erba;
- ortaggi;
- sottoprodotti dell’industria dello zucchero;
- biomasse provenienti dalla silvicoltura;
- residui dell’industria della birra e dell’olio di palma.
Questa flessibilità potrebbe ampliare le possibilità di impiego del processo in contesti produttivi differenti.
Le prime applicazioni industriali
La tecnologia ha già suscitato interesse nel settore privato.
Una delle aziende che ne ha ottenuto la licenza è Ki Hydrogen, società con sede a Londra che utilizza biomasse provenienti da agricoltura, silvicoltura e birrifici per produrre idrogeno e anidride carbonica destinata alla realizzazione di combustibili sostenibili.
Un’altra impresa sta invece valutando l’impiego del processo per il recupero del carbonio contenuto nei fanghi di depurazione.
Secondo gli esperti, il passaggio dalla ricerca alla produzione industriale rappresenterà la fase più complessa: oltre a garantire la disponibilità continua di biomassa, sarà necessario dimostrare la sostenibilità economica dell’intero ciclo e verificarne le prestazioni ambientali su larga scala.
La ricerca della Nanyang Technological University propone un approccio innovativo alla valorizzazione dei rifiuti organici, combinando la produzione di idrogeno con il recupero di materiali e nutrienti. Sebbene i risultati ottenuti in laboratorio siano incoraggianti, la tecnologia dovrà superare le sfide legate alla scalabilità, ai costi e alla verifica delle prestazioni ambientali prima di poter trovare un’applicazione diffusa. Se queste criticità verranno affrontate con successo, processi di questo tipo potrebbero contribuire a una gestione più efficiente delle biomasse di scarto e allo sviluppo di modelli produttivi più circolari.
