Un bicchiere di biocombustibile

In un mondo sempre più urbanizzato e alla ricerca di soluzioni efficaci in risposta al cambiamento climatico, la mobilità sostenibile è diventata una vera e propria necessità. Secondo i calcoli dell'Agenzia per la Protezione Ambientale statunitense, nel 2018 le emissioni di gas serra generate dai trasporti hanno rappresentato il 28,2% del totale negli Stati Uniti. Il settore dei trasporti è di importanza cruciale per lo spostamento delle persone e delle merci nelle economie e nelle società moderne, e un approccio responsabile alla mobilità richiede l'implementazione rapida di tecnologie alternative. In questo contesto, i combustibili come l'idrogeno ricavato da fonti rinnovabili e i carburanti di origine vegetale sono destinati ad assumere un ruolo sempre più centrale, sia nell'immediato che in un'ottica di lungo termine.

L'idrogeno, già usato in tutto il mondo per autobus e automobili alimentati con celle a combustibile, ha il grande vantaggio di avere come unico sottoprodotto l'acqua, emessa in forma di vapore. Tuttavia, poiché per produrre l'idrogeno si utilizzano soprattutto materie prime fossili —con un processo che di per sé genera alti livelli di emissioni— molti ricercatori si sono dedicati negli ultimi decenni alla ricerca di fonti rinnovabili per la sua produzione. Nonostante i considerevoli costi associati alla tecnologia delle celle a combustibile, le case automobilistiche sono ancora interessate. Volvo e Daimler, infatti, hanno recentemente annunciato una partnership per lo sviluppo di sistemi basati su celle a combustibile per veicoli con carichi di lavoro gravosi.

Un'altra soluzione sostenibile è rappresentata dai biocombustibili, che negli ultimi decenni hanno preso sempre più piede e vengono già integrati nei carburanti attualmente in uso. La maggior parte della benzina venduta negli Stati Uniti contiene ad esempio una parte di etanolo, mediamente intorno al 10%. Attualmente, i principali produttori di etanolo sono Stati Uniti e Brasile, che lo ricavano rispettivamente dal mais e dalla canna da zucchero e, insieme, coprono l'85% della produzione mondiale. Tuttavia, questi biocombustibili di prima generazione presentano una serie di problemi. In primo luogo, il mais e la canna da zucchero sono colture alimentari, e il loro impiego come materie prime per i biocombustibili ha un impatto sui prezzi e sulla disponibilità di diversi alimenti.

In secondo luogo, comportano un notevole consumo di risorse, in particolare acqua e terre arabili. Per queste ragioni, nell'ultimo decennio gli scienziati hanno studiato l'impiego di colture alternative per la produzione dei biocombustibili. La seconda generazione dei carburanti di origine vegetale utilizza la cellulosa come materia prima, favorendo così l'impiego di colture non alimentari e di residui agricoli, mentre la terza generazione si basa sull'estrazione di petrolio dalle alghe. Si tratta tuttavia di soluzioni ancora acerbe, poiché le loro tecnologie di base sono tuttora in fase di sviluppo e sperimentazione. La ricerca di materie prime efficienti per la produzione di carburanti rinnovabili è tuttora in corso. Due recenti scoperte scientifiche, in particolare, hanno rivelato nuove materie prime per la produzione rinnovabile di idrogeno ed etanolo: le acque reflue dei birrifici e l'agave tequilana.

SwitcH2, una società nata dalla University of New South Wales, ha recentemente presentato un sistema che permette di estrarre l'idrogeno dalle acque di scarico della birrificazione. La soluzione, creata da tre studenti di ingegneria chimica, consiste in un processo proprietario che ossida la materia organica contenuta nelle acque reflue dei birrifici —una materia prima la cui ossidazione richiede meno energia rispetto all'acqua. Il sistema utilizza l'elettrolisi, una tecnologia ampiamente applicata per indurre reazioni chimiche, per separare l'idrogeno dalla frazione liquida. 

La produzione di birra richiede grandi quantità d'acqua: per un litro di birra servono mediamente 10 litri d'acqua che, per la maggior parte, dovranno essere smaltiti. I vantaggi della soluzione di SwitcH2 sono molteplici: i birrifici sostengono costi elevati per trattare e smaltire le acque reflue, che con questa soluzione verrebbero sensibilmente ridotti. L'idrogeno è un combustibile, e SwitcH2 propone ai birrifici un modo per riutilizzarlo in applicazioni di riscaldamento, trasporto ed energia elettrica. E da ultimo, il riutilizzo degli scarti è uno dei principi alla base dell'economia circolare, in quanto permette di mantenere in uso una serie di prodotti e materiali e di aumentarne il valore.

Guardando al futuro, la società potrebbe espandere la propria attività con altri tipi di acque reflue generate nel settore degli alimentari e delle bevande. Per ora, tuttavia, SwitcH2 è impegnata nell'implementazione di una cella elettrolitica sperimentale in un birrificio entro la fine del 2020. Per massimizzare la sostenibilità della soluzione, l'azienda sta valutando anche la possibilità di alimentare i sistemi con celle fotovoltaiche, che i birrifici potrebbero installare sui tetti degli impianti.

Oltre alla birra, un gruppo di scienziati potrebbe farci guardare con occhi diversi a un'altra bevanda: la tequila. Alcuni ricercatori delle università di Sydney, Adelaide ed Exeter hanno recentemente condotto uno studio con l'obiettivo di produrre “la prima valutazione e analisi economica sul ciclo di vita dell'etanolo prodotto dall'agave". 

La loro ricerca, basata sui dati di un esperimento sul campo condotto nel Queensland, in Australia, ha evidenziato che l'agave tequilana, la varietà blu usata per produrre la tequila, ha una resa di etanolo vicina al 200% rispetto a quella del mais, con un consumo d'acqua del 46% inferiore. Rispetto alla canna da zucchero, l'agave permette di ricavare una quantità di etanolo nettamente inferiore —il 25% in meno— ma richiede anche il 69% in meno d'acqua.

Il vantaggio principale dell'agave risiede nella sua capacità di crescere su terreni aridi, che non potrebbero essere usati per colture alimentari. Questo apre nuove possibilità, perché la pianta potrebbe essere destinata alla coltivazione in zone semi-deserte, dove non sarebbe in concorrenza con la produzione agricola. Uno scenario di questo tipo sarebbe forse realizzabile nella parte sudoccidentale degli Stati Uniti, che presenta condizioni climatiche e di territorio potenzialmente favorevoli.

In Australia, l'azienda agroalimentare MSF Sugar sta già testando la fattibilità locale di una coltivazione su larga scala dell'agave per la produzione di bioetanolo. In base alle stime dell'azienda, la pianta permette di ricavare “circa 400 tonnellate di biomassa per ettaro —un valore simile alla biomassa per ettaro prodotta con la canna da zucchero, ma senza bisogno di alcuna irrigazione". Gli studi sulle materie prime per la produzione di biocarburanti sono in rapida espansione, incentivati da risultati passati e presenti che permettono di identificare sempre meglio le difficoltà da superare e di proporre soluzioni più efficienti. L'abbandono dei biocarburanti di prima generazione per proteggere la disponibilità e i prezzi dei generi alimentari è ormai solo una questione di tempo.

Considerando il numero di alternative attualmente allo studio con prospettive promettenti, si potrebbe anche concludere semplicemente che non esiste un'unica risposta ottimale. La soluzione migliore potrebbe essere un approccio su più fronti che percorra diverse strade praticabili in funzione delle risorse disponibili localmente, si tratti dell'acqua di scarico dei birrifici, dell'agave coltivata in terreni aridi o di altre materie prime, come l'olio alimentare usato.