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Organismi ingegnerizzati per produrre zucchero a buon mercato
Nel tentativo di rendere i biocarburanti più economici, una startup chiamata Proterro , con sede a Princeton, nel New Jersey, sta sviluppando un modo per ridurre i costi di produzione dello zucchero, un elemento fondamentale per l'etanolo. L'azienda sta progettando microrganismi fotosintetici per secernere grandi quantità di zucchero e sta progettando un bioreattore per far crescere gli organismi utilizzando piccole quantità di acqua.
Mini piantagione di zucchero: Questo prototipo di bioreattore costruito dalla startup Proterro viene utilizzato per la coltivazione di microrganismi che secernono zucchero. I microrganismi crescono sul tessuto al centro del contenitore.
I microrganismi fotosintetici, come le alghe, sono generalmente apprezzati per la loro capacità di produrre oli. Proterro ha scelto di concentrarsi sulla produzione di zucchero perché è la fonte per l'etanolo da biocarburanti ed è anche il punto di partenza per nuovi processi per produrre altri tipi di biocarburanti.
Oggi, quasi tutto lo zucchero per i biocarburanti è prodotto da mais o canna da zucchero e diverse aziende stanno sviluppando processi per produrre zucchero da abbondanti materiali cellulosici come erba e trucioli di legno. Ma come materia prima per produrre biocarburanti, lo zucchero è ancora troppo costoso, afferma Kef Kasdin, CEO di Proterro. Solo lo zucchero della canna da zucchero è abbastanza economico da avere un senso economico e può essere coltivato a buon mercato solo in alcune località, come il Brasile.
I microrganismi di Proterro, un tipo di cianobatteri, possono produrre rese di zucchero per acro molto più elevate rispetto alla canna da zucchero e ad altre fonti convenzionali, afferma Kasdin. Le piante di canna da zucchero usano l'acqua e l'energia del sole per produrre molta biomassa che non sia zucchero, quindi quella biomassa voluminosa deve essere trasportata e lo zucchero estratto, che contribuisce al suo costo. Nel sistema di Proterro, più acqua ed energia alla luce del sole sono destinate alla produzione di zucchero invece di sostenere la biomassa, e gli organismi non hanno bisogno di essere raccolti, ma secernono continuamente zucchero in una forma facile da usare per produrre biocarburanti.
I microbi di Proterro producono naturalmente saccarosio quando l'acqua in cui crescono diventa troppo salata: è un meccanismo di difesa per impedire che l'acqua venga risucchiata da loro nell'acqua circostante per osmosi. L'azienda ha identificato i geni che attivano questo meccanismo e ha progettato gli organismi per attivarlo. I ricercatori hanno anche progettato gli organismi per secernere lo zucchero, il che rende più facile la raccolta. Negli approcci convenzionali alla produzione di combustibili utilizzando alghe o cianobatteri, gli organismi devono essere raccolti e disidratati: l'olio o lo zucchero vengono quindi isolati dal resto della biomassa, motivo per cui i combustibili di alghe sono costosi.
Anche i cianobatteri in crescita e altri microrganismi fotosintetici come le alghe di solito richiedono una grande quantità di acqua: vengono coltivati in stagni o in grandi contenitori trasparenti pieni d'acqua. Proterro sta sviluppando un nuovo bioreattore che non immerge i cianobatteri in acqua. Invece, sono cresciuti su tessuto imbevuto d'acqua usando un sistema di alimentazione a goccia. Gli organismi non hanno bisogno di essere immersi, solo nutriti con un filo d'acqua, dice Kasdin.
L'approccio è simile a quello sviluppato da Joule Unlimited, tranne per il fatto che Joule ha progettato i suoi organismi per produrre direttamente carburante. Kasdin dice che Proterro ha scelto un processo che gli organismi fanno naturalmente, che spera renderà gli organismi più facili da sviluppare e mantenere. Dice anche che i bioreattori a bassa acqua di Proterro potrebbero anche ridurre i costi rispetto a quelli di Joule, che immergono gli organismi nell'acqua.
Proterro, che è stata fondata nel 2008 e ha raccolto $ 5 milioni in finanziamenti di rischio, è ancora in una fase iniziale. Ha dimostrato versioni ingegnerizzate dei cianobatteri che secernono zucchero e realizzato prototipi di bioreattori. Ma non è ancora chiaro esattamente quanto saranno alte le rese, o quanta meno acqua verrà utilizzata rispetto ai metodi convenzionali di produzione dello zucchero, o anche se può rendere lo zucchero più economico di quello che può essere prodotto dalla canna da zucchero.
Il fatto che gli organismi non abbiano bisogno di molta acqua e possano secernere lo zucchero rende la tecnologia attraente, afferma Jianping Yu, uno scienziato del National Renewable Energy Laboratory a Golden, in Colorado. Inoltre, afferma, è già stato dimostrato che alghe e cianobatteri possono produrre rese elevate per acro. Ma dice che l'azienda dovrà affrontare molte sfide. Il più grande deriva dal fatto che secernendo zucchero, gli organismi creano un ambiente ideale per molti altri organismi. Questi altri organismi potrebbero soffocare i cianobatteri, rendendo necessario pulire frequentemente i bioreattori e far crescere nuovi lotti di cianobatteri. Ciò renderebbe il sistema troppo costoso.
Le aziende di biocarburanti che si attengono ai processi industriali consolidati hanno maggiori possibilità di successo, afferma Mark Bünger, direttore della ricerca presso Lux Research. L'arena dei biocarburanti ha molte sfide e Proterro sta cercando di affrontarle tutte in una volta. È una scommessa grande e audace.