LA PRODUZIONE DI IDROGENO DALLE ALGHE. CENNI STORICI.

Nel 1939 un ricercatore tedesco, Hans Gaffron, durante i suoi studi presso l'università di Chicago, notò che le alghe che stava osservando, la Chlamydomonas reinhardtii

(un'alga verde), a volte passava dalla produzione di ossigeno a quella di idrogeno. Gaffron non riuscì però a scoprire la causa che provocava questo cambiamento, e per molti anni la causa rimase misconosciuta fino alla fine degli anni '90 quando il professor Anastasios Melis, all'epoca ricercatore presso l'Università della California a Berkeley, scoprì che se la coltura di alghe veniva privata di zolfo questa cessava di produrre ossigeno (la normale fotosintesi), passando a produrre idrogeno. Scoprì inoltre che l'enzima responsabile di questa reazione è l'idrogenasi, ma che l'idrogenasi perdeva la sua funzione in presenza di ossigeno. Melis scoprì che privando l'alga dello zolfo questa interrompeva il flusso interno di ossigeno, creando così un ambiente in cui l'idrogenasi poteva reagire, producendo idrogeno.

Estrarre idrogeno dalle alghe, la ricerca italiana.

Attualmente si adoperano alcuni particolari batteri e alcune tipologie di micro-alghe. Quindi su microorganismi, sia procarioti che eucarioti, che hanno imparato con l’evoluzione a utilizzare l’energia solare meglio di qualunque altro essere. La sfida è utilizzare questi processi naturali per ottenere idrogeno, che sembra essere il vettore emergente per produrre energia pulita. Allo stato naturale alcuni tipi di alghe sintetizzano piccolissime quantità d’idrogeno che utilizzano a fini metabolici. L' intervento di modificazione genetica consiste nel fargli produrre più idrogeno. A tal fine vi è una collaborazione in atto tra l’Università di Firenze, l’Enea e il CNR di Napoli e Firenze con coordinamento del gruppo a Padova. Si stanno seguendo tre linee di ricerca. La prima è l’utilizzo di microorganismi per ottenere idrogeno da biomassa. La biomassa si può ottenere dai residui di lavorazione degli allevamenti, ma anche nelle acque reflue cittadine.

La seconda linea di ricerca è forse la più difficile e ambiziosa: modificare geneticamente alghe e organismi per produrre idrogeno. La terza linea è la più ingegneristica: combinare i risultati delle prime due linee per realizzare un impianto pilota in cui realizzare il frutto di questi processi. Sarà il momento in cui sarà possibile valutare il costo, l’economicità e la possibilità di questa innovazione. In prospettiva potremmo avere dei bioreattori che sotto illuminazione solare saranno capaci di produrre idrogeno.

 Chlamydomonas moeweesi è considerata dagli studiosi una buona candidata per la produzione di idrogeno.

Nella prospettiva di una produzione diffusa dell’idrogeno, possiamo immaginare piccoli impianti che producano, almeno in parte, l’energia necessaria.

Ad esempio un allevamento o un’azienda agricola che potrà installare un bioreattore e soddisfare il suo fabbisogno (Guelci, 2007).

Prospettive della ricerca mondiale

La produzione biologica d’idrogeno è fatta in bioreattori ed è basata sulla produzione di idrogeno da parte di alcune alghe private di zolfo.

Problemi nella realizzazione di bioreattori:

·                    Si ha diminuzione di produzione di idrogeno in via fotosintetica dovuta alla formazione di un gradiente protonico.

·                    Inibizione di tipo competitivo della produzione fotosintetica di idrogeno da parte del biossido di carbonio .

·                    Necessità di un legame bi carbonico nel foto sistema II (PSII) per mantenere efficiente l'attività fotosintetica.

·                    Cattura competitiva degli elettroni da parte dell'ossigeno durante la produzione di idrogeno da parte delle alghe.

·                    Fattibilità economica-efficienza energetica: la conversione di luce solare in idrogeno deve raggiungere il 7-10% (le alghe nella loro forma naturale riescono a raggiungere lo 0,1% al massimo).

Attualmente ci sono progetti in corso per risolvere questi problemi con l'uso della bioingegneria.

Traguardi raggiunti :

2006 - Ricercatori dell'Università di Bielefeld e dell’Università del Queensland, hanno modificato geneticamente l'alga verde unicellulare Chlamydomonas reinhardtii in modo da rendere possibile da parte dell'alga la produzioni di grandi quantità di idrogeno. La Stm6, come è stata chiamata, può produrre nel lungo termine, cinque volte il volume di idrogeno prodotto dall'alga nello stato naturale con una efficienza energetica di produzione di circa l'1,6-2%. Un articolo non pubblicato dell'Università di Berkeley (il programma è stato svolto dal Midwest research Institute, un operatore esterno che lavora per il NREL) potrebbe aver trovato la soluzione tecnologica che consente di aumentare l’efficienza energetica del processo, rendendo fattibile da un punto di vista economico il progetto. Questo risultato è stato ottenuto accorciando i blocchi di clorofilla negli organuli deputati alla fotosintesi. In Germania all’università di Karlsruhe è in corso di sviluppo un prototipo di bioreattore contenente 500-1.000 litri di colture algali. Il reattore sarà utilizzato nei prossimi 5 anni per provare la fattibilità economica del programma (W.a 4/4/2007).

G.N.