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Come trasformare i sottoprodotti in risorse, ovvero come funziona una bioraffineria

mini BIOVALE 30012019

Milano, 26 febbraio 2019 - Trasformare i sottoprodotti della vinificazione in risorsa? Certo, è possibile. E questa consapevolezza è ormai generalizzata e nessun settore è escluso, neppure quello vitivinicolo che produce raspi, vinacce, fecce e acque di lavaggio della cantina. 

Ma come funziona una "bioraffineria"? E' affidabile ed economicamente conveniente? Quali sono i vantaggi e le criticità? A queste e altre domande rispondono Barbara Mecheri e Alessandra D'Epifanio dell’Università di Roma Tor Vergata, due ricercatrici che, grazie a BIOVALE, stanno facendo conoscere questa innovativa tecnologica al settore enologico (e a quello olivicolo).

mini Mecheri celle MFC MEC

Dott.ssa Mecheri, è possibile trasformare i sottoprodotti della vinificazione in energia pulita?

Si, oggi è possibile convertire i sottoprodotti organici in energia pulita in modo diretto e conveniente, senza passaggi intermedi e con efficienza superiore attraverso sistemi bioelettrochimici (BES) che convertono l’energia chimica presente nella sostanza organica in energia elettrica (modalità MFC - Microbial Fuel Cells) o in idrogeno (modalità MEC - Microbial Electrosynthesis cells). Questo grazie al metabolismo dei batteri presenti nei sottoprodotti e che abbattono il carico organico dei reflui di partenza. Nell’ambito del progetto Ager il nostro gruppo di ricerca ha sviluppato una cella microbica MFC/MEC per lo sfruttamento energetico delle fecce e delle acque di scarto delle cantine, che assolve alla duplice funzione di ottenere energia elettrica pulita e di abbattere la carica inquinante delle biomasse.

Come funzionano questi sistemi e che rendimento hanno?

Funzionano come le batterie, ma non si esauriscono e forniscono energia in modo continuo. Il passaggio dal “combustibile organico”, quali fecce e acque di lavaggio delle cantine, all’energia pulita è diretto e per questo ha rendimenti molto elevati, che si aggirano sul 70%. Ma con la tecnologia BES, che nasce dall’esperienza già consolidata delle celle a combustibile, c’è un altro grandissimo vantaggio in quanto si può recuperare energia anche dalle acque reflue urbane miscelandole ai sottoprodotti e al contempo ridurne la carica organica ed inquinante (BOD e COD) e con essa la necessità di depurazione, con i relativi costi.

Quali vantaggi porta l’applicazione di questi sistemi?

L'applicazione negli impianti di vinificazione consentirebbe di raggiungere il duplice obiettivo di ottenere energia elettrica pulita e di abbattere al contempo la carica inquinante dei sottoprodotti. I risultati ottenuti dal nostro gruppo di ricerca hanno dimostrato che le celle MFC/MEC possono contribuire a ridurre i costi di trattamento dei rifiuti e innovare i processi per la conversione energetica e lo sfruttamento di nuove fonti rinnovabili.

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Dott.ssa D’Epifanio, quali prove avete fatto con i sottoprodotti della vinificazione?

Con un primo progetto dal titolo Wine Waste Integrate Biorefinery sostenuto sempre da Ager e terminato nel 2015 abbiamo sviluppato, in collaborazione con il gruppo RICICLA dell'Università degli Studi di Milano, una cella MFC/MEC nella quale sono state utilizzate fecce rosse e bianche opportunamente diluite e “tamponate” per portare l’acidità a valori ottimali per il metabolismo dei batteri. I risultati hanno evidenziato che in condizioni ottimizzate è possibile produrre energia da questi scarti. Abbiamo anche notato che le fecce rosse, ricche in polifenoli, inibiscono l’attività microbica, pertanto danno risultati inferiori a quelle bianche sia nella quantità di energia prodotta, sia nell’abbattimento del carico organico.

Ma questa tecnologia è impiegabile solo ai sottoprodotti della vinificazione?

No, il recupero è valido per tutte le acque che possiedono sostanze organiche, come ad esempio quelle degli oleifici. Nelle nostre prove abbiamo valutato la diluizione delle acque reflue dei frantoi con quelle urbane rilevando che l’integrazione consentirebbe un buon recupero di energia elettrica e riduzione dei costi di smaltimento dei due reflui. Questo perché le acque di vegetazione delle olive sono caratterizzate da un elevato carico inquinante, basti pensare che ogni metro cubo di questo sottoprodotto ha un impatto ambientale pari a quello di 200 m3 di acque reflue urbane. I sistemi bioelettrochimici che abbiamo sviluppato all’Università di Tor Vergata potrebbero, anche in questo caso, trovare un’utile applicazione.

Cosa incide sulle prestazioni di questi sistemi BES?

Incidono diversi fattori: tipo di refluo, volumi trattati, dimensioni degli elettrodi, geometria delle celle, fattori climatici e altri che abbiamo studiato. Per cui diventano molto importanti le caratteristiche strutturali delle celle. Ad esempio, le celle MFC utilizzate per la produzione di energia elettrica possono essere dei sistemi modulari assemblati secondo diverse geometrie e grandezze.

E dal punto di vista dei costi?

Gli investimenti necessari per questi impianti sono moderati perché il sistema si basa su materiali poco onerosi e le nostre stime prevedono un rientro del costo dell’investimento in 2-3 anni. Ma mi preme sottolineare che oltre ai benefici economici e ambientali non è da sottovalutare il ritorno di immagine per le aziende che decidessero per prime di fare da apripista e adottare un modello di bioraffineria.

Il modello che avete messo a punto è già uscito dai laboratori e passato nella fase applicativa?

I Sistemi BES hanno ampio margine di miglioramento e a tale scopo è fondamentale passare dalla scala di laboratorio alle applicazioni nelle aziende per definirne rese e prestazioni su prototipi già ingegnerizzati come già si sta facendo in altri Paesi, dal Regno Unito, agli Usa e alla Cina. Anche nel settore enologico esiste già un’applicazione di cantina, quella dell’azienda Napa Wine Co. (NWC) a Oakville in California (USA) che ha realizzato un impianto pilota associato al depuratore aziendale e costituito da 24 celle MEC per la produzione di idrogeno in grado di trattare 1.000 litri di acque di scarto e fecce reflue. Venendo all’Italia, le questioni aperte ed emerse anche nella discussione con gli stakeholder negli incontri di Soave e Poggibonsi sono risolvibili solo con la progettazione di un prototipo e lo studio di una filiera di economia circolare che ne comprenda l’utilizzo. Le problematiche sono legate al dimensionamento dei sistemi bioelettrochimici più adatti per il settore enologico, alla stagionalità che influenza il carico di sostanza organica nei sottoprodotti, alle possibilità di inserimento in filiere parallele come quella della distillazione e alla possibilità di associare sostanza organica e reflui provenienti da filiere diverse, come quelle del vino e dell’olio con gli scarichi urbani.  

 

Per maggiori informazioni è possibile contattare Barbara Mecheri e Alessandra D’Epifanio, del gruppo MaDE@UTV - Materials and Devices for Energy at University of Rome Tor Vergata, diretto dalla Prof.ssa Silvia Licoccia, http://made.uniroma2.it/ presso il Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche.

 

 

Foto: si ringrazia l'Associazione Donne della Vite

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Ager - Agroalimentare e ricerca,
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Progetto Ager

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