La produzione di olio di oliva presume l'utilizzo di diversi sistemi tecnologici, continui o discontinui. Il primo è anche noto come sistema a tre fasi, ed è caratterizzato dall'utilizzo di un maggior volume di acqua nella fase di centrifuga, che causa un aumento delle quantità di acque di vegetazione prodotte.
Le acque di vegetazione sono una soluzione acquosa di sostanze organiche (zuccheri riducenti, ma anche acidi organici, polialcoli) e minerali (potassio, fosforo, calcio) che possono contenere in sospensione materiale solido vegetale fuoriuscito durante la fase di separazione del mosto d'olio. L'importante attività fitotossica delle acque di vegetazione ha come effetto l'inibizione microbiologica dell'ecosistema, nonché il rischio di inquinamento delle falde acquifere in caso di loro rilascio nella rete fognaria. L'asserita tossicità degli antiossidanti (polifenoli, fino a 12 g L-1) sui fanghi attivi ha dunque influenzato le scelte di gestione dei sottoprodotti, vietandone il trattamento in impianti di depurazione biologica convenzionali.
Il Progetto MEWLIFE "MicroalgaE biomass from phototrophic- heterotrophic cultivation using olive oil Wastewasters" è co-finanziato dal Programma LIFE, coordinato da NextChem, controllata del Gruppo Maire Tecnimont, che ha sviluppato una soluzione tecnologica per il riutilizzo delle acque reflue nella coltivazione di microalghe. Il progetto ha infatti dimostrato i benefici ambientali e la fattibilità economica di un approccio innovativo per la produzione di biomassa microalgale in un sistema di coltivazione integrato fototrofico-eterotrofico basato sull'impiego di acque reflue pre-concentrate di origine agroalimentare. Nell'ottica di economia circolare, i prodotti dei concentrati organici sono stati impiegati come fonte di carbonio, fosforo e azoto nella fermentazione delle microalghe, offrendo un'alternativa al rilascio controllato e illegale delle acque reflue e creando prodotti dall'alto valore aggiunto.
Il progetto MEWLIFE si fonda su tre pilastri:
Le acque reflue dei frantoi sono impiegate come fonte di carbonio per la coltivazione delle alghe per applicazioni su larga scala, incrementando la produttività della biomassa, limitando i costi associati all'apporto di nutrienti, e al tempo stesso trattare le acque reflue riducendo il carico organico iniziale di polifenoli.
Il sistema di coltivazione integrato permette di ridurre i costi associati alla coltivazione delle alghe in applicazioni su larga scala, principalmente dovuti agli alti costi di investimento per i fotobioreattori. È infatti possibile ridurre i costi di capitale associati ai fotobioreattori limitando la prima fase della coltivazione delle alghe alla sola produzione dell'inoculo necessario per la successiva sezione eterotrofa.
Attraverso la tecnologia MEWLIFE è possibile produrre microalghe essiccate adatte per essere applicate nella nutraceutica, ma anche per la produzione di bioplastiche.
MEWLIFE è un progetto "pilota" che mira ad applicare una biotecnologia che non è stata ancora testata su grande scala per la produzione di biomassa algale. Partendo da un TRL4 (tecnologia convalidata su scala di laboratorio), alla fine del progetto MEWLIFE è stato raggiunto un TRL6 (in un'unità prototipo che comprende un fermentatore scuro con un volume operativo di circa 6m3).
Tra le tecnologie adottate all'interno del progetto vi è la membrana MEWLIFE, adoperata a monte del processo di gestione delle acque reflue. Attraverso l'impiego della tecnologia a membrana sono stati recuperati i composti organici contenuti nelle acque di vegetazione. Dal filtraggio delle acque reflue è stato infatti possibile valorizzare le frazioni preziose in esse contenute e generata acqua purificata.
34 m3 di acque di vegetazione provenienti dai frantoi sono stati trattati attraverso la tecnologia a membrana, prodotto un concentrato organico (4 m3) da utilizzare nella fermentazione al buio delle microalghe, e acqua depurata smaltibile nella rete fognaria.
Inoltre, attraverso il sistema di coltivazione fototrofico-eterotrofico è stato possibile produrre 131 kg di biomassa algale essiccata. I risultati raggiunti dall'utilizzo di membrane sono i seguenti: 20m3 di acqua purificata, 10m3 di fango per la concimazione e 3,4 m3 di concentrato di polifenoli. L'impiego delle frazioni nutritive contenute nelle acque reflue nella coltivazione delle microalghe ha inoltre portato all'abbattimento di 834 kg di COD e alla conversione di 31 kg di COD in biomassa algale.
Per la coltivazione delle microalghe sono stati realizzati un fotobioreattore la cui capacità è di 700 litri, due fermentatori da 3 m3 ciascuno, un'unità di downstream composta da centrifuga e spray dryer.
Le microalghe sono state coltivate in condizioni eterotrofe e non asettiche favorevoli alla produzione di amido. È stata infatti dimostrata la possibilità di poter controllare la contaminazione batterica, impedendo che all'interno del liquido impiegato per la coltivazione delle microalghe sia presente simultaneamente azoto e carbonio organico.
Grazie alla tecnologia MEWLIFE è stato possibile produrre 5,8 kg/batch di biomassa algale, risparmiando il 49% del consumo energetico e il 6% del consumo di nutrimenti rispetto ai sistemi prototrofi, e il 62% del consumo di suolo rispetto ai sistemi fototrofici puri per la produzione della stessa quantità di biomassa.
La biomassa microalgale prodotta è stata testata per applicazioni nutraceutiche (dall'estrazione della frazione lipidica e carotenoide: astaxantina, luteina e beta-carotene) e per la produzione di biopolimeri (dall'estrazione di amido e altri carboidrati). Sono stati eseguiti test di caratterizzazione dei biomateriali ottenuti per determinare il contenuto non volatile, la viscosità, il peso molecolare, il pH, le proprietà termiche, la temperatura minima di formazione del film così come la loro forza adesiva.
Sono stati inoltre estratti 1,5 kg di amido per la formulazione di biopolimeri e ottenuti diversi antiossidanti, quali: 40 mg/g luteina, 17 mg/g beta-carotene, 1 mg/g astaxantina. Attraverso l'utilizzo di apparecchiature di laboratorio è stato possibile produrre 2 kg di amido da un campione rappresentativo di biomassa algale. L'amido estratto è stato poi impiegato per la produzione di adesivi per legno, attraverso una polimerizzazione a radicali. Inoltre, attraverso l'applicazione dell'amido nella colata di soluzione su piastre di Petri è stato possibile ricavare il biofilm. Sono stati eseguiti test di caratterizzazione per valutare lo spessore, la barriera all'acqua e le proprietà meccaniche. I migliori risultati sono stati ottenuti quando l'amido e l'acido poliattivo venivano uniti (1:1 wt).
Il Progetto ha inoltre dimostrato di avere impatti positivi sull'occupazione. È stato infatti stimato che per ogni impianto di trattamento con una capacità di 100 tonnellate all'anno, sia necessaria l'assunzione di 16 operatori, 20 nel caso di impianti con una capacità di 500 tonnellate all'anno.
Il progetto MEWLIFE ha dimostrato che sia possibile risolvere il problema di gestione dei sottoprodotti del settore agroalimentare attraverso una trasformazione degli stessi in fonte di nutrimento per la coltivazione di microalghe. Dall'analisi del settore nazionale, è emerso che la regione Puglia, rappresentando il 43% della produzione olivicola, date le condizioni ambientali favorevoli, sarebbe il luogo più adatto per la diffusione della tecnologia. È inoltre emerso che la Grecia, date le condizioni ambientali, il minor costo dei servizi e della manodopera, l'assenza di tecnologie innovative e/o consolidate per la produzione di biomassa microalgale, possa essere il Paese ideale per la replicabilità del processo MEWLIFE.
Al fine di superare il vincolo della stagionalità delle acque di vegetazione, sono stati impiegati i sottoprodotti della produzione lattiero-casearia nella coltivazione di microalghe. L'utilizzo del siero di latte in sostituzione dell'acqua di vegetazione per la crescita delle microalghe ha permesso di risparmiare il 13,4% sui costi fissi di capitale, sui costi relativi alle materie prime e allo smaltimento dei rifiuti (38%), riducendo il costo unitario di produzione fino al 15%. Si ritiene che futuri studi sull'applicabilità della tecnologia nel settore latteo-caseario possano offrire opportunità di sviluppo di nuove soluzioni competitive.
Sebbene il mercato delle microalghe sia in crescita, la produzione nazionale ed europea sta ritardando a partire. I produttori hanno a disposizione le tecnologie e i fattori di produzione adeguati, ma i costi potrebbero essere ulteriormente abbassati, grazie ad una maggior intensità di ricerca e produzione. Attraverso il processo sviluppato da MEWLIFE, è possibile estrarre prodotti commerciabili come amido (a bassa purezza) adatto per applicazioni industriali, mix di lipidi e carotenoidi per mangimi, biostimolanti vegetali per applicazioni agricole. L'innovazione tecnologica risulta essere il motore economico per la partenza del mercato, ma i cui sviluppi devono essere supportati da una regolamentazione che da una parte sia in grado di tutelare i consumatori e dall'altra favorire una produzione sostenibile.
La Rete Rurale Nazionale è impegnata nell'individuazione dei progetti di interesse per il settore agricolo finanziati dal programma LIFE per favorirne la diffusione delle metodologie, delle buone prassi e dei metodi innovativi sviluppati.
L'obiettivo principale di questa attività è la capitalizzazione delle esperienze positive dei progetti LIFE sostenendone la continuazione, il trasferimento e la replicazione nell'ambito dei Programmi di Sviluppo Rurale.
L'attività portata avanti dalla Rete Rurale Nazionale assume particolare rilievo anche nell'ambito della PAC 2021/2027 che dovrà rispondere in maniera sinergica con gli altri fondi, tra i quali il programma LIFE, alle sfide ambientali e climatiche che ha di fronte.
Il progetto LIFE Mewlife promuove l'economia circolare attraverso la sperimentazione di un processo innovativo di trattamento, riutilizzo e valorizzazione delle acque reflue dell'industria agroalimentare e rappresenta un esempio di come le esigenze delle filiere produttive del settore agroalimentare si possano conciliare anche con quelle ambientali.
Agnese Cicci - NextChem
Luigi Servadei - Rete Rurale Nazionale
PianetaPSR numero 114 giugno 2022
