Bio-materiali spaziali ed elettricità dall’urina grazie a lieviti e batteri

Nello spazio fare economia e riciclare non è solo una buona prassi, ma una vera e propria necessità (Fig. 1). Inoltre, anche il peso degli oggetti trasportati a bordo dei veicoli spaziali deve essere limitato il più possibile. Da queste due necessità congiunte è nata l’idea di riciclare anche le risorse più impensabili, come l’urina e l’anidride carbonica (CO2) prodotta dagli astronauti, per produrre energia e bio-materiali leggeri.

Figura 1 – Fotografia del bagno di una stazione spaziale.

Dal punto di vista chimico, l’urina è infatti una sorta di “oro liquido”: come volume costituisce meno dell’1% delle acque reflue domestiche, ma contiene l’80% dell’azoto, il 56% del fosforo e il 63% del potassio di tutte le acque di scarto.

Un gruppo di ricercatori della Clemsons University (South Carolina, Usa), guidati dal Prof. Mark Blenner, durante la conferenza annuale dell’American Chemical Society del 2017 ha presentato uno studio che supportava l’ipotesi di poter produrre plastica nello spazio utilizzando la pipì degli astronauti, grazie ad un lievito geneticamente modificato.

L’idea di questo team di ricercatori è quella di trasformare gli scarti biologici umani in un polimero plastico utilizzabile direttamente sulla stazione spaziale internazionale, per costruire utensili o parti di ricambio per macchinari e attrezzature.

Il protagonista di questa scoperta “spaziale” è il lievito Yarrowia lipolytica (Fig. 2), microorganismo modello della classe di lieviti cosiddetti oleaginosi in quanto in grado di accumulare elevate concentrazioni intracellulari di lipidi sotto forma di trigliceridi e steroli.

Figura 2 – A sinistra, colonie su terreno solido del lievito oleaginoso Yarrowia lipolytica; a destra, fotografia al microscopio ottico di cellule dello stesso microrganismo.

Questo lievito ha mostrato, in laboratorio, la capacità di crescere utilizzando come fonte di azoto i nitrati presenti nell’urinacome fonte di carbonio l’anidride carbonica. Grazie a una modifica genetica ad hoc, il lievito ingegnerizzato è in grado di produrre dei monomeri in grado di legarsi tra loro per formare un bio-polimero simile al poliestere.

Inoltre, un secondo vantaggio derivante dall’utilizzo del lievito Y. lipolytica consiste nella produzione di acidi grassi omega-3, una componente fondamentale per l’alimentazione e la salute degli astronauti.

Tuttavia, ad oggi i ricercatori sono riusciti a produrre solo piccole quantità di poliestere e di sostanze nutritive, e stanno lavorando per migliorare la resa dei lieviti.

Inoltre, questa tecnologia può trovare numerose applicazioni anche sulla Terra: il pesce d’allevamento, per esempio, ha bisogno di ricevere consistenti integrazioni di omega-3 che potrebbero essere sintetizzati a basso costo grazie a questo processo.

L’idea di utilizzare i lieviti per produrre acidi grassi e polimeri non è del tutto nuova, ma le ricerche condotte fino ad oggi si sono concentrate sull’impiego di materie prime di base come lo zucchero di seconda generazione ottenuto da biomasse e non sui prodotti di scarto come l’urina e la CO2.

Parallelamente a tutto questo, alcuni ricercatori della University of the West of England, hanno sviluppato la tecnologia microbial fuel cell (MFC), ossia la pila a combustibile microbiologica.

Si tratta di un sistema di ricarica portatile (per esempio per smartphone) che sfrutta l’energia elettrica prodotta a partire dall’urina grazie a delle reazioni di ossido-riduzione catalizzate da dei batteri.

Ma come funziona esattamente? I ricercatori hanno sviluppato un paio di calzini (Fig. 3) all’interno dei quali sono inserite delle pile MFC che vengono raggiunte dall’urina che viene trasformata in energia elettrica grazie al movimento del piede.

Figura 3 – Immagine del prototipo messo a punto da alcuni ricercatori della University of the West of England in grado di raccogliere l’urina umana e convertirla in elettricità grazie alla pila a combustibile microbiologica.

L’idea è sicuramente innovativa ed efficace, ma restano sicuramente dubbi sulla vestibilità ed applicabilità concreta.

Nicola Di Fidio

Sitografia

Crediti immagini

  • https://scienze.fanpage.it/urina-trasformata-in-nutrienti-e-plastica-il-fai-da-te-degli-astronauti-nello-spazio/
  • https://www.focus.it/tecnologia/innovazione/plastica-spaziale-dalla-pipi
  • http://microbialfoods.org/microbe-guide-yarrowia-lipolytica/
  • https://scienze.fanpage.it/e-possibile-sfruttare-l-urina-per-ricaricare-lo-smartphone/

Nicola Di Fidio, Ph.D. student
Department of Chemistry and Industrial Chemistry – University of Pisa
Via G. Moruzzi 13 – 56124 Pisa
MSc. in Industrial and Environmental Biotechnologies
Mob: +39 3299740251
Primary e-mail: nicola.difidio91@gmail.com
Secondary e-mail: n.difidio@studenti.unipi.it

Informazioni su Nicola Di Fidio 34 Articoli
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