Le briciole di pane sostituiscono l'idrogeno fossile nella produzione chimica

Secondo un nuovo studio, l'umile mollica di pane potrebbe contenere la chiave per eliminare i combustibili fossili da una delle reazioni più utilizzate nell'industria chimica.

Gli scienziati hanno trovato una formula microbica one-pot che utilizza gli scarti del pane per sostituire l'idrogeno derivato dai combustibili fossili nell'idrogenazione, una reazione chimica ampiamente utilizzata per produrre alimenti, prodotti farmaceutici, plastica e altri prodotti di uso quotidiano.

Secondo i ricercatori, il nuovo approccio è a zero emissioni di carbonio e potrebbe aprire nuove strade per la produzione biobased utilizzando materie prime rinnovabili e derivate dai rifiuti.

L'idrogenazione è una pietra miliare della moderna produzione chimica, ma oggi dipende quasi interamente dall'idrogeno gassoso ricavato da combustibili fossili. Sia la produzione che l'utilizzo dell'idrogeno sono ad alta intensità energetica e spesso richiedono temperature di diverse centinaia di gradi Celsius e pressioni paragonabili a quelle che si trovano nelle zone più profonde dell'oceano.

Nella lavorazione degli alimenti, l'idrogenazione viene utilizzata per convertire gli oli vegetali liquidi in grassi solidi più stabili. Nell'industria in senso più ampio, è un passaggio chiave nella sintesi di prodotti farmaceutici, chimica fine, carburanti e polimeri - in genere utilizzando catalizzatori metallici come nichel, palladio o platino.

Gli scienziati del Wallace Lab dell'Università di Edimburgo hanno ora dimostrato che l'idrogenazione può essere effettuata utilizzando l'idrogeno gassoso prodotto naturalmente da batteri viventi.

Nello studio, un comune ceppo di E. coli da laboratorio è stato alimentato con zuccheri estratti dai rifiuti del pane e fatto crescere in assenza di ossigeno. In queste condizioni, i batteri producono naturalmente idrogeno gassoso. Quando una piccola quantità di catalizzatore di palladio e una sostanza chimica bersaglio sono stati aggiunti alla stessa pentola di reazione, l'idrogeno generato dai microbi è stato sufficiente per guidare l'idrogenazione in condizioni blande e a bassa energia.

L'intero processo avviene in un unico pallone sigillato a temperatura quasi ambiente, senza bisogno di combustibili fossili o di gas idrogeno fornito dall'esterno.

Un'analisi dettagliata ha dimostrato che il processo può essere carbon-negative quando si utilizza il pane di scarto come materiale di partenza. Evitando l'idrogeno di origine fossile e sottraendo i rifiuti alimentari alle discariche o all'incenerimento, il sistema elimina più gas serra di quanti ne produca.

Il team ha in programma di espandere questo approccio a una più ampia gamma di prodotti di valore quotidiano e di studiare diversi ospiti microbici per sviluppare ceppi che eliminino la necessità di un catalizzatore metallico.

Lo studio, pubblicato su Nature Chemistry, è stato finanziato da UK Research and Innovation (UKRI), European Research Council (ERC), Industrial Biotechnology Innovation Centre (IBioIC) e High-Value Biorenewables Network.

L'Università di Edimburgo è impegnata a creare un mondo più sostenibile attraverso la ricerca, l'insegnamento, i partenariati e le innovazioni di livello mondiale.

È riconosciuta come una delle migliori università al mondo per l'impatto ambientale e sociale e la lotta alle emergenze climatiche e ambientali è una parte fondamentale della missione dell'Università di diventare carbon neutral entro il 2040.

Il professor Stephen Wallace, cattedra personale di Biotecnologia chimica, Scuola di Scienze biologiche dell'Università di Edimburgo, ha dichiarato: "L'idrogenazione è alla base di enormi parti della produzione moderna, ma si basa ancora quasi interamente sull'idrogeno ricavato da combustibili fossili. Abbiamo dimostrato che le cellule viventi possono fornire l'idrogeno direttamente, utilizzando i rifiuti come materia prima, e in un modo che può essere effettivamente negativo per le emissioni di carbonio.

"Questo approccio non è limitato alla chimica alimentare. L'idrogenazione è utilizzata nei prodotti farmaceutici, nella chimica fine e nei materiali. La possibilità di eseguire queste reazioni utilizzando l'idrogeno microbico apre nuove possibilità di produzione sostenibile su scala".

Susan Bodie, direttore dello sviluppo dell'innovazione e delle licenze di Edinburgh Innovations, ha dichiarato: "Il professor Wallace è uno dei numerosi ricercatori dell'Università di Edimburgo che utilizzano tecniche di biologia ingegneristica innovative e sostenibili per valorizzare i rifiuti. Queste tecniche potrebbero contribuire a realizzare una rivoluzione verde nella produzione industriale nel Regno Unito e oltre, e invitiamo le aziende interessate a collaborare con noi a mettersi in contatto".

Douglas Martin, fondatore e CEO di MiAlgae, ha dichiarato: "MiAlgae utilizza tecniche biotecnologiche avanzate per produrre in modo sostenibile gli Omega 3 per l'acquacoltura e l'industria dei mangimi per animali domestici. Avendo recentemente inaugurato il nostro nuovo impianto a Grangemouth, crediamo che la biotecnologia possa trasformare i processi industriali e costruire un futuro più sostenibile."