Con il termine “idrogenazione” ci si riferisce a una reazione chimica che prevede l’integrazione di atomi di idrogeno in un substrato, solitamente un composto organico, in presenza di un catalizzatore (palladio, nichel, etc.). Utilizzato nell’industria petrolchimica, farmaceutica e alimentare, questo processo, tramite il quale è possibile modificare la struttura chimica dei composti, è responsabile della produzione di grassi idrogenati (a esempio le margarine), ammoniaca, metanolo, farmaci ed altri prodotti di uso quotidiano. Attualmente l’idrogeno utilizzato per ottenere questa reazione chimica deriva principalmente da fonti fossili, rendendo l’idrogenazione una procedura altamente inquinante. Una nuova ricerca dell’Università di Edimburgo potrebbe presto aprire la strada verso l’abbattimento dell’impronta ambientale di questa reazione chimica. Grazie agli scarti di pane sarebbe infatti possibile produrre idrogeno verde.
L’idrogeno oggi
La crescita demografica globale, unita ad altri fattori quali lo sviluppo di nuove tecnologie e il progresso economico, richiede e richiederà ancor di più in futuro un aumento costante della produzione di energia. La forte espansione delle energie rinnovabili ha in parte contrastato l’utilizzo di combustibili fossili (gas, petrolio, carbone). L’idrogeno rappresenta senza dubbio una delle molteplici soluzioni energetiche green, ma attualmente la maggior parte di questo vettore energetico deriva da fonti non rinnovabili e altamente inquinanti. A confermarlo una ricerca pubblicata su Science secondo cui nel 2007 e nel 2021 «I combustibili fossili hanno contribuito per circa il 96% alla produzione totale di H₂, mentre l’elettrolisi ha rappresentato solo circa il 4% in entrambi gli anni. Inoltre, la produzione di H₂ da biomassa rimane trascurabile (<1%). I metodi basati sui combustibili fossili rimangono altamente efficaci ed economicamente sostenibili, il che ne favorisce l’ampia adozione per la produzione di H₂».
Le cinque maggiori potenze economiche globali stanno iniziando a produrre idrogeno anche da fonti rinnovabili. I risultati mostrano però una profonda difformità tra queste nazioni. Per la produzione di H₂, Stati Uniti, Cina e Germania utilizzano principalmente fonti non rinnovabili mentre India e Giappone, tramite l’elettrolisi dell’acqua, ricavano rispettivamente il 99% e il 63% dell’idrogeno utilizzato da fonti green.
Grazie alla scoperta di una particolare formula microbica che impiega gli scarti di pane, gli scienziati del Wallace Lab dell’Università di Edimburgo hanno verificato che l’idrogeno utilizzato nel processo di idrogenazione può essere creato tramite materie prime rinnovabili derivate dai rifiuti.
La ricerca
«L’idrogenazione è un pilastro della moderna produzione chimica, ma oggi dipende quasi interamente dall’idrogeno gassoso ricavato da combustibili fossili. Sia la produzione che l’utilizzo di questo idrogeno richiedono un elevato consumo energetico, spesso a temperature di diverse centinaia di gradi Celsius e pressioni paragonabili a quelle presenti nelle profondità oceaniche». Una nuova strada per la produzione di idrogeno green potrebbe aprirsi grazie a un ceppo comune dell’Escherichia coli, un batterio presente anche nella nostra flora batterica (produttrice di vitamina K) e capace di sopravvivere in un ambiente senza aria.
I ricercatori hanno alimentato questo batterio con zuccheri estratti da scarti di pane, coltivandolo successivamente in assenza di ossigeno. In tale condizione l’E. coli ha prodotto idrogeno gassoso in maniera naturale. Aggiungendo (nello stesso recipiente in cui è avvenuta la reazione) una minima parte di palladio (catalizzatore), l’idrogeno prodotto dai batteri è riuscito a produrre una piccola reazione di idrogenazione. «L’intero processo avviene in un unico contenitore sigillato a temperatura quasi ambiente, senza bisogno di combustibili fossili o di idrogeno gassoso fornito esternamente». Il team di ricercatori, il cui studio è stato pubblicato su Nature Chemistry, ipotizza un’estensione di questo approccio a una serie più vasta di prodotti di uso giornaliero. Inoltre gli scienziati stanno studiando il comportamento di diversi ceppi microbici col fine di eliminare la necessità dell’uso di un catalizzatore metallico.
Evitare che gli scarti di pane finiscano in discarica e prevenire l’utilizzo di combustibili fossili nella produzione di idrogeno vuol dire creare un processo a emissioni negative di carbonio ovvero capace di rimuove più gas serra di quanti ne produca. Per la Dottoressa Liz Fletcher, vicedirettrice generale dell’Industrial Biotechnology Innovation Centre (co-finanziatore dello studio), «Questo progetto mette in luce il potenziale inespresso dei sistemi biologici per rivoluzionare i processi industriali. Utilizzare i microbi per produrre idrogeno dagli scarti di pane non è solo un’alternativa ai combustibili fossili, ma un modo per progettare processi chimici che collaborino con la natura anziché contrastarla».
Marco Pisano
