Incremento dei consumi mondiali di energia Fonte Energia

Incremento dei consumi mondiali di energia Fonte: Energia per il futuro. ENEA, vol. 23

Fonti energetiche utilizzate nei 27 Paesi dell’Unione Europea (dati 2004)

Emissioni di CO 2 e aumento di temperatura Fonte: IPCC, Third Assessment Report (2001)

All’aumentare del contenuto di idrogeno aumenta la quantità di energia disponibile

Le possibili soluzioni Uso di vettori energetici • aventi impatto ambientale quasi nullo; • ottenibili da fonti energetiche primarie rinnovabili, intercambiabili e ampiamente disponibili; • facilmente distribuibili attraverso una rete ampia e diffusa. Fonte: Energia per il futuro. ENEA, vol. 23.

Etanolo

ØProduzione di metano ØProduzione di etanolo ØProduzione di biodiesel da microalghe ØProduzione di idrogeno

Il possibile contributo dei rifiuti di natura biologica: vettori energetici gassosi ottenuti a partire da biomasse CH 4 H 2

Energia da digestione anaerobica

Tendenza della produzione di Biogas nell’UE (Eur. Observ’ER) Obiettivo UE Tendenza attuale 15

Digestione anaerobica

I digestori anaerobici

Il biogas da discarica

Biodiesel da microalghe

L’idrogeno come vettore energetico

Cella a combustibile (fuel cell)

Produzione di idrogeno per via microbiologica: • Processi a basso impatto ambientale • Uso di fonti rinnovabili (es. residui dell’agroindustria) • Possibilità di applicare strategie multiprocesso/multiprodotto

Biofotolisi dell’acqua Fotofermentazione di composti organici I processi di produzione Fermentazione di composti organici Sistemi integrati di fermentazione e fotofermentazione

Es. fermentazione acido mista

H 2 da microrganismi a fotosintesi anossigenica

N 2 + 8 H++ 8 e - + 16 ATP 2 NH 23+H+H+2 2+ e 16 - ADPH+216 Pi H 2 2 H ++ 2 e -

2 H 2 O 2 H 2 + O 2 Condizioni necessarie: 2 H 2 Microalghe verdi Produzione in anaerobiosi, periodo di incubazione al luce, bassa PH 2 Fd H 2 asi PS II ebuio PS I 4 e- 2 H 2 O O 2 + 4 H + Chlamydomonas spp. Scenedesmus spp. .

2 H 2 O 2 H 2 + O 2 Cianobatteri Anabaena spp. Nostoc spp.

Vantaggi Limitazioni • Idrogeno prodotto dall’acqua • Attività H 2 -asi “uptake” • Rilascio O 2 • N 2 -asi sensibile a O 2 • Uso luce solare • Bassi tassi produzione

Acidi organici x H 2 + y CO 2 Batteri rossi non sulfurei 4 ATP PS I 2 e- Fd H 2 N 2 asi + 2 H Substrati organici Rhodopseudomonas spp (acidi) Rhodospirillum spp

Vantaggi Limitazioni • Idrogeno prodotto da reflui • Attività H 2 -asi “uptake” • Uso ampio spettro di luce • Produzione di CO 2 • Tassi superiori a biofotolisi • Competizione con altre vie metaboliche utilizzano NADH • Altri prodotti di interesse applicativo

Sistema a due fasi H 2 CO 2 + CO 2 Acidi organici Residui vegetali acidogenesi Fermentazione fototrofa 1° Fase 2° Fase

Sistema a due fasi-1°fase Fermentazione con microflora autoctona di residui vegetali provenienti dal mercato ortofrutticolo di Firenze RESIDUI VEGETALI

Sistema a due fasi-1°fase Recupero del fermentato. Composizione: Acido lattico 6, 5 g/L Acido acetico 1, 2 g/L Etanolo 0, 15 % (v/v) Ammonio 70 mg/L

Sistema a due fasi-2°fase Dispositivo: fermentatore 11 L Durata produzione: 4 -5 giorni Tasso di produzione medio = 11 -12 m. L L-1 h-1 Tasso di produzione max = 17 -18 m. L L-1 h-1 Conversione substrato/H 2 = 24 -26%

Sistema a due fasi: produzione energia elettrica da H 2 L’H 2 prodotto ha alimentato una cella a combustibile PEMFC (che ha prodotto energia elettrica con una densità di potenza massima di circa 60 m. W/cm 2 a temperatura ambiente.