Produzione di acidi carbossilici e acetone da fermentazione anaerobica: un approccio green per la valorizzazione della CO2 = Production of carboxylic acids and acetone from anaerobic fermentation: a green approach for the valorization of CO2

Negli ultimi decenni, si è cominciata a palesare la necessità di apportare modifiche ai processi industriali convenzionali in maniera tale da ridurne gli effetti negativi sull’ambiente e sulla salute umana. In quest’ottica, particolare interesse è prestato alle emissioni di CO2. Per ridurne la concentrazione in atmosfera, recentemente la ricerca scientifica si è focalizzata sullo sviluppo di processi Carbon capture and storage (CCS) e CO2 Conversion and Utilisation (CCU); in particolare, questi ultimi mirano alla valorizzazione della CO2 impiegandola come reagente per la produzione di sostanze ad alto valore aggiunto. Il presente lavoro di tesi contribuisce al progetto ENGICOIN che propone una tecnica CCU per la valorizzazione della CO2 per via biologica. A questo scopo sono impiegati ceppi di Acetobacterium woodii ingegnerizzato per consentire la produzione di acetone. Il metabolismo originale di A. woodii segue il Wood-Ljungdahl pathway (WLP) che ha come prodotto finale l’acido acetico. La prima parte degli esperimenti condotti nella presente tesi studia gli effetti della CO2 disciolta nel terreno di coltura sulla deviazione del WLP verso la produzione di acido formico. Dalle prove condotte è emerso che in presenza di alte concentrazioni di KHCO3 all’interno del terreno di coltura o di elevate pressioni parziali di CO2, si ha una significativa produzione di acido formico, a cui corrisponde una diminuzione della concentrazione finale di acido acetico. Ciò ha portato a concludere che elevate quantità di CO2 disciolte nel medium comportano una deviazione del WLP verso la produzione di acido formico. Tale analisi mostra come A. woodii possa trovare impiego per la produzione di più prodotti ad alto valore aggiunto. Tuttavia, ad alte pressioni la crescita microbica risulta rallentata o, addirittura, inibita. La seconda parte dell’attività sperimentale mira all’ottimizzazione del terreno di coltura, valutando come variano la crescita e il metabolismo di A. woodii se si rimuovono dal medium dei componenti che in un impianto di scala industriale avrebbero un forte impatto economico, quali vitamine, metalli ed estratto di lievito (YE). Dall’analisi delle prove emerge che, se da un lato l’assenza di vitamine non causa variazioni significative della curva di crescita, dall’altro lato i metalli e l’estratto di lievito risultano necessari per lo sviluppo della crescita di A. woodii. Per ottimizzare ulteriormente il processo, in futuro si potrebbe indagare più approfonditamente il comportamento di A. woodii a pressioni superiori a quella atmosferica, così da identificarne il valore ottimale che consenta l’incremento del mass transfer dei gas, ma che allo stesso tempo non abbia impatti negativi sulla crescita del microorganismo.