Descrizione della commessa "Biologia e tecnologia dei microorganismi fotosintetici (TA.P04.034)"

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  • Descrizione della commessa "Biologia e tecnologia dei microorganismi fotosintetici (TA.P04.034)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Le tematiche di ricerca sulle energie rinnovabili interagiscono fortemente con i bisogni individuali e collettivi in quanto affrontano importanti problematiche come ad esempio la necessità di ridure il tasso di inquinamento dovuto all'aumento della CO2 e il ricorso a fonti di energia fossile. (literal)
Strumentazione
  • Per lo svolgimento delle ricerche sono spesso richiesti dispositivi appositamete costruiti quali ad esempio: 1) Sistemi di coltura: fotobioreattori, vasche, e sistemi colturali ibridi; 2) Software specificamente disegnati per il monitoraggio continuo dei parametri colturali; 3) Perla produzione massiva di alghe destinate alla estrazione di biodiesel sono stati realizzati fotobioreattori low-cost (a cascata e a parete); 4)Un fotobioreattore costituito da una serie di pannelli verticali (Multiplate PBR) è stato disegnato e costruito in collaborazione di una piccola industria nell'ambito del progetto europeo Cyanofactory. Il fotobioreattore del volume di circa 1300 Litri ed e´stato installato presso l'area esterna dell'ISE-Fi per effettuare una sperimentazione sulla crescita di Synechocystis nell'ambito del progetto europeo Cyanofactory. (literal)
Tematiche di ricerca
  • 1)Bioenergia e prodotti ad elevato valore aggiunto Nel campo delle bioenergie, in particolare la produzione d'idrogeno sia da microalghe che da batteri rossi, il GdR ha acquisito negli anni recenti una notevole importanza internazionale ed è entrato nel gruppo IEA-HIA (International, Energy, Association). L'attività di ricerca nel campo delle biotecnologie della coltura di microalghe è rivolta inoltre alla produzione di biomasse per l'estrazione di prodotti biochimici e per l'utilizzo in acquacoltura. 2) Biologia e fisiologia dei microrganismi d'interesse applicativo La conoscenza dei fattori di stress che influenzano la crescita costituisce un punto fondamentale per la selezione di ceppi di microalghe in grado di competere con altri organismi concorrenti in colture all'aperto e di ottimizzarne la produttività. 3) Trattamento e valorizzazione dei reflui agroindustriali Azoto e fosforo presenti nelle acque di scarico sono riciclati attraverso il processo fotosintetico in biomassa microbica da utilizzare per l'estrazione di prodotti biochimici e/o produzione di energia. (literal)
Competenze
  • Un robusto know how è stato sviluppato per la fase di screening di ceppi di microalghe e di batteri fotosintetici per la produzione di idrogeno e di biodiesel. A tale scopo è stata costruita una attrezzatura che consente il monitoraggio automatico dei parametri colturali (pH, temperatura, potenziale redox, volume di ossigeno e idrogeno prodotti). Il monitoraggio e il controllo dei parametri è totalmente computerizzato ed effetuabile anche in modo remoto. La strumentazione è costituita da fotobioreattori di vario disegno per la coltura di alghe. E' stata completata la costruzione di un fotobioreattore innovativo per la produzione d'idrogeno costituito da 20 piastre verticali connesse tra loro. Questa configurazione e´stata studiata per migliorare l'efficienza di conversione della luce in biomassa/idrogeno. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • La necessità di garantire uno sviluppo economico sostenibile e il progressivo esaurimento delle scorte di petrolio, insieme alle recenti direttive europee in materia di emissione di gas-serra hanno reso indispensabile per alcune industrie provvedere ad ridurre le emissini di CO2. Sotto questo profilo le microalghe, in quanto microrganismi fotosintetici sono considerati da molti come una delle possibili vie per il riciclo della CO2. L'elevato tasso di crescita di tali organismi, e la possibilità di occupare aree non adibite all'agricoltura convenzionale rendono la loro coltivazione particolarmente attrattiva per la produzione di energia, idrogeno e particolarmente biodiesel. Infatti, in base ad alcuni esperimenti effettuati il tenore in trigliceridi nella biomassa di microalghe oscilla fra il 30% e il 60% del peso secco. (literal)
Obiettivi
  • L'obiettivo principale della ricerca è la valorizzazione della fotosintesi microbica (microalghe e batteri fotosintetici) per la produzione di energia pulita, utilizzando fonti di energia disponibili in grande quantità come l'acqua di mare e l'energia solare. In alcuni casi è previsto l'utilizzazione degli elementi nutritivi contenute in acque di scarico e l'utilizzazione dei gas scarico di industrie, in particolare CO2. L'obiettivo è di produrre idrogeno e biodiesel mediante l'uso di ceppi selezionati di microalghe e batteri fotosintetici da contivare in fase successiva in fotobioreattori all'aperto. Un altro importante obiettivo è la costruzione di fotobioreattori a basso costo in modo da rendere il processo di produzione della biomassa e quindi idrogeno o biodiesel fattibile economicamente. (literal)
Stato dell'arte
  • L'aumento delle emissioni di gas-serra nell'atmosfera, spingono i governi di molti paesi ad affrontare il problema dell'approviggionamento energetico facendo ricorso a fonti rinnovabili. Sotto questo prolilo le biomasse di microalghe rappresentano una opportunità in quanto capaci di produrre idrogeno o biodiesel utlizzando acqua ed energia solare, due fonti praticamente illimitate. Inoltre, per la crescita di biomasse di microalghe e di batteri fotosintetici possono essere utilizzati come fonte di carbonio e di nutrienti acque di scarico e la CO2 prodotta da digestori. L'ISE-FI, nel periodo 2014-2016 estenderà l'attività di ricerca sulla produzione fotobiologica di idrogeno ai cianobatteri in quanto è partner di un progetto europeo (Cyanofactory). In particolare ISE-FI si occuperà della crescita all'aperto delle colture di Synechocystis e dello svilupo di nuovi disegni di fotobioreattori. Per quanto riguarda la produzione di biodiesel è in corso una ampia attività di sceeening di ceppi di Nannochloropsis e Diatomee, due classi di organismi capaci di accumulare dal 30% al 60% di trigliceridi nella biomassa. (literal)
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