Un brevetto italiano per la bio-purificazione dell’aria

Call for Innovation Smart&Efficient Buildings

La tutela dell’ambiente per uno sviluppo sostenibile è una delle priorità di Eni, storica azienda italiana operante nel settore energetico, oggi presente in 71 paesi del mondo. Da sempre attiva nella ricerca di soluzioni energetiche mirate a generare la massima efficienza, e, al tempo stesso, rispettose dell’ecosistema, Eni guarda all’innovazione come percorso indispensabile per trovare strade alternative per la produzione e distribuzione di energia.

Per stimolare le imprese, Eni ha lanciato nell’aprile 2019 la “Call for Innovation Smart&Efficient Buildings”, in collaborazione con Digital Magics, il più importante incubatore di startup digitali “Made in Italy” attivo su tutto il territorio italiano, e rivolta a Startup e PMI innovative che stanno sviluppando prodotti e servizi all’avanguardia nel settore dei condomini per rendere gli edifici più efficienti, autonomi, sicuri e confortevoli.

L’Italia persegue, infatti, un obiettivo importante: la riduzione dei consumi energetici finali del 39,7% entro il 2030, come definito nel Piano Nazionale per l’Energia e il Clima (PNIEC) e il miglioramento delle prestazioni energetiche degli edifici gioca un ruolo fondamentale nel concorrere a questo risultato. Basti pensare che il parco immobiliare italiano contribuisce al consumo energetico finale annuo per il 40% circa e produce circa il 36% delle emissioni annuali di CO2. Inoltre, il 70% degli edifici è stato realizzato antecedentemente alla prima norma per il contenimento del consumo energetico che risale al 1976 (Legge n. 373/1976).

L’obiettivo di questa competizione è stato quello di proporre soluzioni tecnologiche per rendere più efficienti le nostre case e ridurne i consumi.

L’idea vincente

A vincere questa competizione tra innovatori è stata la startup torinese U-Earth. L’azienda ha sbaragliato la concorrenza delle dieci finaliste (su un totale di 73 valutate) proponendo un innovativo sistema biotecnologico di purificazione dell’aria. L’apparato (Fig. 1) è stato brevettato ed è in grado di eliminare il particolato, gli odori e persino i virus utilizzando batteri non patogeni.

Figura 1 - Rappresentazione schematica della struttura del bioreattore innovativo messo a punto dalla startup U-Earth per la bio-purificazione dell’aria
Figura 1 – Rappresentazione schematica della struttura del bioreattore innovativo messo a punto dalla startup U-Earth per la bio-purificazione dell’aria

I purificatori sviluppati sono in grado di attirare particolato e polveri sottili, Composti Organici Volatili (COV), NOx, SOx, Idrocarburi Policliclici Aromatici (IPA), virus e batteri, muffe e spore, acari, gas, olio e cera aerodispersa grazie al principio dell’attrazione elettrostatica molecolare.

Lo step successivo consiste in una loro degradazione mediante un processo di bio-ossidazione espletato da una combinazione di batteri ed enzimi dispersi in un ambiente acquoso confinato all’interno dell’apparato.

Trattandosi di un processo brevettato non sono disponibili informazioni dettagliate relative alle specie microbiche utilizzate e alle condizioni di processo implementate tuttavia tale processo si basa sulla cooperazione sinergica di 13 differenti specie batteriche non geneticamente modificate che mentre accrescono la propria biomassa cellulare all’interno di questo bioreattore innovativo fagocitano i contaminanti di natura organica ed inorganica presenti nell’aria aspirata.

La tecnologia delle cellule immobilizzate

Uno degli aspetti innovativi di tale tecnologia consiste, oltre che nella progettazione del reattore e nella composizione della co-coltura batterica, nell’immobilizzazione delle cellule che fungono da biocatalizzatore per la bio-ossidazione dei composti inquinanti (Fig. 2).

Figura 2 - Rappresentazione schematica del sistema di immobilizzazione cellulare adottato all'interno dei bioreattori brevettati per la bio-purificazione dell’aria
Figura 2 – Rappresentazione schematica del sistema di immobilizzazione cellulare adottato all’interno dei bioreattori brevettati per la bio-purificazione dell’aria

Infatti, nei primi sistemi messi a punto qualche decennio fa per lo studio della bio-purificazione dell’aria, le cellule erano libere, determinando un processo lento con complicazioni non trascurabili per la fase di smaltimento.

La U-Earth ha sviluppato un processo di immobilizzazione basato sulla formazione di un biofilm batterico, caratterizzato da seguenti vantaggi:

  • minore esposizione a composti tossici per le cellule;
  • maggiore protezione verso microorganismi competitivi;
  • confinamento fisico delle cellule con facilitazione dello smaltimento del reattore;
  • possono essere utilizzate per trattare sia l’aria che l’acqua poiché non si lavano via quando viene usato un alto flusso di liquido;
  • il biofilm è riutilizzabile: l’acqua o l’aria possono essere riciclate nello stesso biofilm migliaia di volte aumentando così la produttività e l’efficienza.

I primi studi

Tale tecnologia è il frutto di circa 20 anni di ricerca e innovazione. Non a caso uno dei primi studi scientifici presenti nella letteratura scientifica internazionale, dal titolo “Biological purification of exhaust air using fixed bacterial monocultures”, risale al 1989.

In questo studio gli autori avevano testato inizialmente l’efficacia di una monocoltura immobilizzata di tre differenti specie batteriche, rispettivamente Pseudomonas fluorescens, Rhodococcus sp. e Aureobacter sp., per la biodegradazione di differenti inquinanti dell’aria, quali acetone, propionaldeide, naftalene e toluene. Tali sostanze sono state analizzate in un range di concentrazione compreso tra 5 e 35 ppm. Al termine dello studio è emerso come la realizzazione di una coltura mista incrementasse notevolmente, fino all’80%, la biodegradazione degli inquinanti nell’aria immessa nel reattore contenente le cellule immobilizzate (Fig. 3).

Figura 3 – Rappresentazione schematica del layout del bioreattore a cellule immobilizzate utilizzato da Kirchner e co-autori nello studio del 1989 sulla bio-purificazione dell’aria
Figura 3 – Rappresentazione schematica del layout del bioreattore a cellule immobilizzate utilizzato da Kirchner e co-autori nello studio del 1989 sulla bio-purificazione dell’aria

Il potenziale della scoperta

Tale tecnologia potrebbe rappresentare un’utile, sostenibile ed economicamente vantaggiosa soluzione per rendere più salubre l’aria in luoghi di lavoro caratterizzati da particolari criticità come ad esempio gli ambienti ospedalieri e specifiche industrie e attività commerciali in cui particolato, polveri sottili, virus e altri composti estremamente volatili potrebbero essere presenti in quantità non trascurabili.

Nicola Di Fidio

Sitografia

Bibliografia

  • Kirchner, K., Schlachter, U., & Rehm, H. J. (1989). Biological purification of exhaust air using fixed bacterial monocultures. Applied microbiology and biotechnology, 31(5-6), 629-632.

Crediti immagini

  • https://www.u-earth.eu/contaminants-ita
  • Kirchner, K., Schlachter, U., & Rehm, H. J. (1989). Biological purification of exhaust air using fixed bacterial monocultures. Applied microbiology and biotechnology, 31(5-6), 629-632.
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Nicola Di Fidio

Nicola Di Fidio, autore di Microbiologia Italia dal 2017 (94 articoli pubblicati). Laureato in Biotecnologie Industriali e Ambientali, Dottore di Ricerca in Scienze Chimiche e dei Materiali. Ricercatore Junior in Chimica Industriale presso il Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale dell'Università di Pisa. Coordinatore nazionale dell'Area Tematica "Riconoscimento del Dottorato di Ricerca" presso l'Associazione Dottorandi e Dottori di Ricerca in Italia (ADI). Settori di ricerca: biotecnologie industriali, microbiologia industriale, catalisi chimica, biocatalisi, chimica verde, chemiometria, sviluppo e ottimizzazione di processi di bioraffineria, valorizzazione di biomasse agroindustriali. Progetti di ricerca: sviluppo e ottimizzazione di processi catalitici chimici e biologici per la conversione di biomasse lignocellulosiche (canna gigante, cardo, scarti dell'industria della carta) in zuccheri di seconda generazione (glucosio, xilosio, arabinosio, cellobiosio), acidi organici (acido acetico, acido levulinico, acido formico), composti furanici (5-idrossimetilfurfurale, 2-furfurale), trigliceridi e metilesteri di acidi grassi a lunga catena. Tel.: +39 3299740251 E-mail istituzionale: nicola.difidio@unipi.it Scopus Author ID: 57194336585 ResearcherID: H-2409-2016 Orcid ID: orcid.org/0000-0001-8037-6355 ResearchGate Profile: https://www.researchgate.net/profile/Nicola_Di_Fidio2

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