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Dagli avanzi all'energia
Immerso nei terreni agricoli che circondano il campus dell'Università della California a Davis (UC Davis) c'è un insieme di vasche giganti piene di microbi affamati. Gli insetti stanno divorando gli avanzi della mensa e i residui di prato e li convertono in biogas, principalmente metano, che può essere bruciato per generare elettricità o compresso in liquido per alimentare veicoli specializzati. Tuttavia, gli scienziati sanno poco dei microbi produttori di gas che vivono all'interno dei reattori. Ma un nuovo progetto per sequenziare i genomi dei microbi potrebbe cambiarlo, consentendo ai ricercatori di capire come gli insetti svolgono i loro compiti digestivi e suggerendo nuovi modi per realizzare bioreattori più produttivi.
Il sequenziamento di questi organismi ci darà un'idea migliore di chi sono i giocatori in modo da poter controllare meglio le condizioni o migliorare il design per migliorare ulteriormente la conversione dei rifiuti in biogas, afferma Ruihong Zhang , il bioingegnere della UC Davis che ha sviluppato il sistema.
Bioreattori simili, noti come digestori anaerobici, sono comunemente usati negli impianti di trattamento delle acque reflue. Il bioreattore di Zhang, tuttavia, è diverso perché è progettato per lavorare su solidi, come cibo e rifiuti di giardino. Funziona dal 30 al 50 percento più velocemente rispetto ai sistemi convenzionali e presenta un nuovo modo promettente per ridurre i rifiuti delle discariche, producendo gas pulito durante il processo. (Il gas naturale, che è costituito principalmente da metano, rilascia nell'aria meno composti tossici rispetto alla benzina o ai combustibili diesel.)
Un'unità dimostrativa di dimensioni industriali è in funzione all'UC Davis dallo scorso ottobre, convertendo otto tonnellate di rifiuti di ristoranti, scarti di mense e erba tagliata in 300.000 a 600.000 litri di biogas al giorno, sufficienti per alimentare circa 80 case. (A Davis, il gas viene utilizzato per l'elettricità e alimenta il vicino impianto di trattamento delle acque reflue.)
Tuttavia, gli scienziati sanno poco dei microbi che convertono i rifiuti in gas. In natura, i microbi che svolgono la degradazione dei rifiuti organici e la generazione di metano esistono in una comunità anaerobica molto complessa e i singoli isolati della comunità sono difficili da coltivare, afferma Jim Bristow , capo del programma di sequenziamento della comunità presso il Joint Genome Institute del Dipartimento dell'Energia, a Walnut Creek, in California. Ma negli ultimi due anni, metodi di sequenziamento genico più rapidi ed economici hanno offerto ai microbiologi un nuovo strumento per studiare le comunità microbiche. Gli scienziati possono isolare il DNA da una goccia di fango del bioreattore e generare la sequenza genica per l'intera comunità microbica. Il Joint Genome Institute utilizzerà questo approccio per sequenziare i genomi dei microbi nel digestore di Zhang il prossimo anno.
I risultati dovrebbero far luce sui tipi di microbi che vivono nel bioreattore e sui tipi di geni che predominano. I ricercatori saranno anche in grado di esaminare come la comunità cambia sotto diverse temperature e acidità, che possono alterare drasticamente l'efficienza del sistema. Vogliamo confrontare che tipo di microbi ci sono in condizioni diverse e cercare di capire perché un [insieme di condizioni] funziona meglio dell'altro, dice Martin Wu , un genetista della UC Davis che guiderà la parte genomica del progetto.
Zhang ha collaborato con Biosistemi a vista , una startup con sede a Davis, per commercializzare il sistema. Dice che la tecnologia ha suscitato l'interesse dei produttori alimentari e dei comuni.