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Fondamenti di chimica

Biochar, un alleato prezioso contro i cambiamenti climatici e l’inquinamento delle acque

Sono sempre più numerosi gli studi condotti sul biochar, un materiale ricco di carbonio facilmente derivabile da prodotti di scarto dell’allevamento e dell’agricoltura. È in grado di catturare la CO2 atmosferica e si dimostra un valido alleato nella lotta ai cambiamenti climatici.
Ma le sue virtù non finiscono qui: aumenta le rese produttive agricole e può risanare suoli e acque inquinate da metalli pesanti. Proprio su questo si focalizza la ricerca condotta da Marco Ginepro e dalla dottoranda Giulia Costamagna, portata avanti di pari passo al trasferimento di conoscenze al territorio.

A fronte degli effetti dei cambiamenti climatici che, tra eventi estremi e aumento delle temperature medie sono sempre più presenti nella nostra vita quotidiana, la ricerca nei suoi vari ambiti non resta certo a guardare e sperimenta tutte le vie possibili per contrastarli. Dottor Ginepro, qual è la vostra via?
Noi, come chimici industriali, abbiamo scelto di focalizzarci sul biochar, un materiale poroso ricco di carbonio e chimicamente molto stabile prodotto a partire da biomasse di origine vegetale e/o animale tramite pirolisi (riscaldamento sotto un flusso di azoto e atmosfera non ossidante, quindi a bassa produzione di CO2) e trova molteplici applicazioni.

Quali sono queste applicazioni?
Sono diverse in numerosi ambiti. In agricoltura, per esempio, viene usato come ammendante cioè come prodotto per migliorare le caratteristiche nutritive del suolo, come ci ha raccontato qui Massimo Pugliese [ndr]; nella zootecnica può essere usato come probiotico alimentare animale in grado di abbattere la formazione di metano. In industria viene usato per produrre carboni attivi utilizzati per esempio nell'ambito della filtrazione, purificazione, deodorizzazione dell’aria (con un mercato globale che ha superato gli > 11,7% tra 2014 e 2020), per usi energetici e in processi produttivi delle vernici (pigmenti), mentre nuove applicazioni introducono il biochar nel campo del coating (rivestimenti isolanti) per elettrodi, celle a combustibile, batterie, catalizzatori, biocarburanti. Ma è nella protezione ambientale, e nella lotta ai cambiamenti climatici che il biochar mostra le sue potenzialità più sorprendenti e promettenti.

Ce ne parli.
Innanzitutto, come ci hanno raccontato qui le colleghe Paola Calza e Giovanna Varese, può essere usato in trattamenti sanitari di acque o suolo per introdurre batteri “buoni” e per assorbire tossine, antibiotici, residui di farmaci, pesticidi ed erbicidi. Inoltre, grazie alla sua resistenza alla degradazione, permette di fissare in modo permanente una parte della CO2 atmosferica e, come già accennato prima, introdotto nell'alimentazione bovina riduce notevolmente la formazione di metano: l’aggiunta del 1% di biochar nei mangimi porta a un abbattimento di questo dannoso gas serra del 12,7%.

Pare tutto meraviglioso. Ma a questo punto un lettore attento si chiederà: quanto inquinamento e gas serra emetterà la sua produzione?
Una domanda più che pertinente se si ha un adeguato sguardo d’insieme sui problemi e sulle soluzioni legate alla crisi climatica. 

In realtà materiali come il biochar sono perfettamente classificabili come nuovi prodotti della chimica verde: il biochar si ottiene a partire da scarti agricoli, industriali o forestali, altrimenti considerati come rifiuti quindi sostanze da smaltire con costi per l’azienda, spesso attraverso combustione all’aria aperta, quindi di per sé inquinante. Ciò significa applicare l’economia circolare. Ma anche il suo processo di produzione, tramite pirolisi, è a basso impatto ambientale: sfrutta alte temperature ma in atmosfera molto povera di ossigeno, il che significa che si sviluppa una quantità di CO2 irrisoria durante la sua produzione; si producono invece il syngas (un gas infiammabile) e il bio-oil, anch'esso un buon combustibile.

Come si inseriscono dunque le ricerche del suo team in quest’ambito?
A oggi sono molteplici gli studi condotti sul biochar ottenuto da biomasse legnose. Fra le applicazioni del materiale è possibile trovare in letteratura “ottime recensioni” in ambito ambientale circa le sue capacità di immobilizzare contaminanti presenti nel suolo, come sostanze organiche e metalli, ma alcuni aspetti come la cinetica e la termodinamica del fenomeno sono ancora poco conosciuti e complessi da determinare con precisione. Lo scopo dello studio che coordino è utilizzare diversi tipi biochar ottenuti da biomasse residuali, prodotti a diverse temperature di pirolisi, per l’abbattimento di metalli pesanti in acque potenzialmente contaminate, specialmente da metalli pesanti.

Più nel dettaglio cosa fate?
Il mio gruppo di ricerca, e in particolare la dottoranda Giulia Costamagna che sta affrontando questo tema nel suo progetto di ricerca, si occupa di produrre i biochar, e in seguito di caratterizzarli, sia in termini di capacità di abbattimento, sia riguardo alle caratteristiche spettroscopiche (IR) e superficiali come porosità, area superficiale e diametro dei pori. Dopodiché vengono effettuati i test in diverse condizioni per vedere quale essenza legnosa o quale mix di essenze legnose presenta migliori caratteristiche per raggiungere lo scopo.
Inoltre grazie alla collaborazione con la ditta NeraBiochar srl, prima produttrice in Italia di questo materiale, nelle figure del presidente Danilo Alaimo e di Stefano Caro, PhD Student presso il Dipartimento di Bioprodotti e Biosistemi della Aalto University (Finlandia), tale sperimentazione sta andando avanti anche sul piano del trasferimento delle conoscenze, per poi poter essere applicati in ambito industriale. Ci teniamo a sottolineare questo perché se trasformare uno scarto in una risorsa è uno dei principi base dell’economia circolare e in linea con gli Obiettivi di Sostenibilità delineati dall’ONU, farlo in modo efficiente e vantaggioso implica automaticamente un aumento di profitto, vero motore per imprimere il cambiamento e invertire la rotta di quelle attività che hanno contribuito a creare la crisi climatica in atto.


IMMAGINI

Questa storia di ricerca si trova in:


Intervista a

Marco Ginepro
DIPARTIMENTO / STRUTTURA

A cura di

Redazione FRidA
Pubblicato il

01 ottobre 2020

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