Parole chiave:
bioelettronica polimerica
scarti agro-alimentari
bioraffinazione
celle a biocombustibile
Comunità Solari Locale
elettronica polimerica
dispositivi fotovoltaici plastici
sistema integrato di gestione dell'energia
(aggiornato ad Aprile 2017)
Le linee di ricerca sono incardinate su due approcci strategici ed
integrati per il biorefining finalizzati alla produzione di
fine-chemicals e di bioenergia da scarti dell'industria
agro-alimentare.
Il primo approccio è quello legato alle biotrasformazioni delle
biomasse di scarto agro-alimentare: 1. applicazione di enzimi
specifici per la biotrasformazione delle pareti vegetali (cell
wall). 2. recupero dei chemical building blocks attraverso
l'utilizzo di tecniche di raffinazione 3. una migliore efficienza
nel recupero energetico delle biomasse attraverso processi di
fermentazione alcolica e metanogenica.
Il secondo approccio è invece legato all'elettronica e alla
bioelettronica polimerica per realizzare dispositivi elettronici
plastici per la produzione di energia: 1. sviluppo di nuovi
bioelettrodi realizzati tramite tecniche di microdeposizione inkjet
2. realizzazione di biofuel cell plastiche multifunzionali 3.
realizzazione dispositivi fotovoltaici plastici filmati
L'ulteriore linea di ricerca riguarda lo studio di sistemi
integrati di gestione dell'energia quali nuovi modelli mirati alla
prevenzione dei consumi attraverso risparmio ed efficienza
energetica e alle energie rinnovabili. I modelli sono
particolarmente focalizzati ai sistemi di monitoraggio dei consumi
per la realizzazione di piani energetici comunali.
(aggiornato ad Aprle 2017)
L'industria agro-alimentare rappresenta uno dei settori più
importanti a livello Europeo ma anche a livello mondiale. I dati
presentati dalla FAO permettono di estrapolare un volume mondiale
di scarti derivanti da questo settore pari a circa 8 miliardi di
ton/anno di cui 3 miliardi di ton/anno sono polisaccaridi e 80
milioni di ton/anno sono fitochemicals. Nell'era post-petrolio,
l'uomo dovrà sostituire 300-400 milioni di ton/anno derivanti dal
petrolio destinate alla realizzazione di manufatti ed una quantità
decisamente superiore per la produzione di energia attraverso
l'utilizzo delle biomasse, per cui la gestione degli scarti
agro-alimentari può costituire un'importante sfida per l'utilizzo
di questa risorsa strategica nei prossimi trenta anni.
Bioraffinazione delle biomasse di scarto agro-alimentare per la
produzione di secondary chemical building blocks: 1. l'applicazione
di enzimi specifici quali amilasi, pectinasi, cellulasi, xylanasi,
arabinoxilasi, arilesterasi,…, prodotti da biomasse fungine,
risultano strategici al fine di idrolizzare le pareti vegetali
(cell wall), costituite essenzialmente da polisaccaridi e proteine,
che rappresentano la maggior parte del materiale che costituisce lo
scarto agro-alimentare. Da questa azione si vengono a liberare
zuccheri semplici ed amminoacidi fermentescibili come anche
fitocomposti quali chemical building blocks 2. il recupero dei
chemical building blocks attraverso l'utilizzo di tecniche di
raffinazione è finalizzato alla realizzazione di sistemi di
accumulo con l'obiettivo di destinarli sia al consumo diretto come
composti bioattivi (nutraceutici e cosmetoceutici) che a quello
della chimica fine quali intermedi per la sintesi chimica/biologica
di nuovi chemicals 3. Il recupero dei fitocomposti permette una
migliore efficienza nel recupero energetico delle biomasse
attraverso processi di fermentazione alcolica e metanogenica
finalizzati alla produzione di bioetanolo e biogas. Politronica
(elettronica polimerica) e biopolitronica (bioelettronica
polimerica) per realizzare dispositivi elettronici plastici: 1. lo
sviluppo di nuovi bioelettrodi realizzati tramite tecniche di
microdeposizione inkjet di inchiostri elettronici ed inchiostri
biologici che permettono di realizzare biocircuiti micro-stampati
su superfici plastiche estremamente sottili tramite computer
assisted design. Questa tecnica rende fruibile la possibilità di
implementare il design dei bioelettrodi in modo molto semplice che
costituisce un must industriale strategico per la realizzazione di
biosensori multifunzionali plastici quali per esempio “nasi
elettronici” o “lingue elettroniche”. 2. La produzione di energia
elettrica da biomasse segue generalmente una filiera che prevede o
la combustione diretta della biomassa (oli vegetali o biomasse
lignocellulosiche) o la sua trasformazione in un biofuel
(biodiesel, biogas, bioetanolo o syngas) per poi essere
successivamente termovalorizzato. Questi passaggi sono generalmente
poco efficienti perché prevedono degli stadi ossidativi biologici e
chimico/fisici in cui si può avere una notevole perdita di potere
calorifico. La produzione di energia elettrica tramite una
“combustione elettrochimica” può invece risultare estremamente
efficiente poiché, in linea di principio, gli elettroni liberati
durante qualsiasi processo ossidativo di trasformazione della
biomassa potrebbero essere recuperati. Utilizzare le biomasse per
alimentare biofuel cell cioè celle funzionanti con bioelettrodi
risulta estremamente promettente tanto da poter realizzare a
livello di laboratorio biofuel cell ibride con densità di potenza
elettrica pari a quelle che si ottengono con i moduli fotovoltaici.
Attraverso poi tecniche di biopolitronica stiamo sviluppando
biofuel cell su strato sottile plastico che potranno superare
alcuni dei fattori limitanti l'attuale tecnologia delle fuel cell.
3. L'utilizzo delle biomasse per la produzione diretta di energia
elettrica tramite la biopolitronica è certamente un modo per
convertire i prodotti di fotosintesi in vettori energetici cioè è
sostanzialmente una tecnologia che si può annoverare tra quelle
solari indirette. Tramite l'elettronica polimerica o politronica è
possibile invece realizzare dispositivi con effetto fotovoltaico in
forma di film plastico cioè dispositivi che sono in grado di
produrre energia elettrica attraverso l'utilizzo diretto della luce
solare. Lo sviluppo di moduli fotovoltaici plastici costituisce una
notevole opportunità per il futuro che permetterà di ottenere
energia fotovoltaica a costi decisamente competitivi e con
dispositivi ad elevata fruibilità.