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La trasformazione dell’anidride carbonica in una polvere ricca di proteine adatta a nutrire animali e potenzialmente gli esseri umani non appartiene al regno della fantascienza, ma alla scienza applicata concreta.
Un innovativo sistema biotecnologico sviluppato da ricercatori cinesi consente di produrre proteine monocellulari a partire da CO₂, acqua ed elettricità rinnovabile. Grazie a batteri che lavorano in perfetta sinergia all’interno di un circuito chiuso, questo metodo ricicla ogni goccia di acqua e ogni atomo di carbonio disponibile.
Il risultato raggiunto è una biomassa proteica con concentrazione del 74% di proteine pure, caratterizzata da un’efficienza sorprendente e da un impatto ambientale significativamente ridotto. La conversione di anidride carbonica in proteine mediante batteri segna un passo concreto verso un’economia circolare del carbonio e potenzialmente verso il cibo del futuro.
Indice
Batteri che trasformano l’anidride carbonica in proteine in un minuto
Ricercatori cinesi hanno sviluppato un sistema biotecnologico che trasforma CO₂ ed elettricità in proteine monocellulari (SCP) con un contenuto proteico del 74%. Il processo integra due fasi: un reattore anaerobico produce acetato da CO₂, mentre un reattore aerobico lo converte in biomassa grazie a Alcaligenes.
Il mezzo circola in modo continuo, eliminando acque reflue, evitando l’inibizione da acetato e risparmiando nutrienti. La produttività raggiunge 1,5 g/L/giorno, con un profilo amminoacidico superiore alla soia e paragonabile alla farina di pesce.
Attualmente adatto a mangimi per animali (pesci, polli), potrebbe diventare fonte proteica umana con un trattamento contro gli acidi nucleici. La tecnologia apre la strada a un’economia circolare del carbonio, trasformando emissioni in risorse sostenibili.
Due batteri collaborano per la conversione della CO2
Il sistema si basa su una collaborazione intelligente tra due microrganismi diversi. L’Acetobacterium vive in assenza di ossigeno e possiede la capacità straordinaria di convertire l’anidride carbonica in acetato attraverso l’utilizzo di elettricità.
L’acetato è una molecola semplice ma ricca di energia che funge da punto di partenza essenziale. L’Alcaligenes respira aria e utilizza l’acetato come fonte alimentare per costruire nuove cellule ricche di proteine. I ricercatori hanno collegato i due reattori in un sistema a ricircolo dove il liquido che esce dal primo reattore, ricco di acetato, entra nel secondo.
Qui gli Alcaligenes utilizzano l’acetato per crescere. Il liquido privo di nutrienti ritorna indietro al primo reattore, pronto a ricevere nuova anidride carbonica. Questo ciclo chiuso non produce sprechi e non genera acque reflue.
Come la conversione di CO2 supera i limiti della biosintesi
L’elettrosintesi microbica, ossia la conversione di anidride carbonica in composti utili mediante l’utilizzo di elettricità, ha incontrato fino a oggi limitazioni significative dovute alla produzione di acetato quale prodotto di basso valore commerciale.
La purificazione dell’acetato risulta difficile e costosa dal punto di vista economico. Il sistema descritto aggiunge un elemento risolutivo a questa problematica: anziché estrarre l’acetato, il metodo lo trasforma immediatamente in qualcosa di maggior valore.
Il consumo continuo di acetato da parte del secondo batterio impedisce l’accumulo della sostanza nel primo reattore, evitando effetti tossici che bloccherebbero la produzione. Il risultato è una macchina biologica che funziona in modo stabile, efficiente e continuo nel tempo.
Una proteina con profilo amminoacidico superiore alla soia e alla farina di pesce
I dati ottenuti dalle ricerche sono impressionanti. La biomassa secca raggiunge 17,4 grammi per litro, con una produttività media di 1,5 grammi al giorno. La qualità risulta sorprendente poiché il 74% del peso secco corrisponde a proteine pure, contro il 48% della farina di soia e il 68% della farina di pesce.
L’analisi degli amminoacidi rivela un profilo eccellente con livelli altissimi di arginina, un nutriente chiave per l’allevamento di gamberetti e pesci. L’unica carenza riguarda metionina e cisteina, amminoacidi contenenti zolfo, i quali risultano facilmente integrabili modificando semplicemente il terreno di coltura.
Sostenibilità ambientale della conversione dell’anidride carbonica
La produzione di proteine attraverso la conversione di anidride carbonica consente un avanzamento biotecnologico congiunto a un vantaggio ambientale rilevante. Il ricircolo del mezzo di coltura elimina quasi completamente le acque reflue, conservando sali minerali, vitamine e CO₂ disciolta.
Non è necessario sterilizzare il terreno o filtrare i gas, fattori che solitamente rendono la produzione microbica costosa e dispendiosa in energia.
L’idrogeno necessario per la reazione viene prodotto direttamente nel reattore sotto forma di microbolle, evitando rischi di esplosione e migliorando l’efficienza del trasferimento di massa. L’intero sistema funziona a temperatura ambiente, con elettricità che potrebbe provenire da pannelli solari o pale eoliche.
Applicazioni attuali nella nutrizione animale
La proteina prodotta attraverso la trasformazione di anidride carbonica non è ancora idonea per finire direttamente sulla tavola umana. Le proteine monocellulari contengono alti livelli di acidi nucleici, i quali possono aumentare l’acido urico nel sangue e favorire i calcoli renali.
Proteine unicellulari
Le proteine unicellulari, conosciute anche come SCP (Single Cell Protein), sono una fonte proteica ottenuta da microrganismi come lieviti, batteri, alghe e funghi. Gli organismi crescono molto rapidamente e possono essere coltivati su materiali di scarto, come residui agricoli o industriali, rendendo la produzione particolarmente sostenibile. Una volta raccolti, vengono trattati e trasformati in una massa ricca di proteine, utilizzata principalmente per l’alimentazione animale, ma in alcuni casi anche per l’alimentazione umana. Grazie all'efficienza produttiva e al basso impatto ambientale, le SCP rappresentano una valida alternativa alle fonti proteiche tradizionali, con un potenziale importante per affrontare le sfide alimentari del futuro.
Per questa ragione, le proteine monocellulari trovano già applicazione nei mangimi per pesci, polli e vitelli, animali caratterizzati da cicli di crescita brevi.
Se si volesse destinare questa proteina monocellulare all’alimentazione umana, basterebbe un trattamento enzimatico per ridurre gli acidi nucleici sotto il 2%. Anche senza questo passaggio aggiuntivo, il valore della proteina monocellulare come fonte proteica sostenibile per l’acquacoltura e l’allevamento rimane enorme.
La conversione di anidride carbonica apre scenari futuri per la bioeconomia
La ricerca sulla trasformazione di anidride carbonica in proteine va oltre la semplice produzione di nutrienti. Il lavoro scientifico dimostra concretamente che è possibile trasformare l’anidride carbonica da rifiuto in risorsa, utilizzando batteri come fabbriche biologiche viventi.
Lo stesso sistema potrebbe essere adattato per produrre biocarburanti, plastica biodegradabile o composti chimici di elevato valore commerciale. In un mondo che deve ridurre le emissioni atmosferiche e trovare alternative alla soia importata dal punto di vista economico ed ecologico, quella tecnologia offre una strada concreta e tangibile.
La conversione dell’anidride carbonica dall’aria e la sua trasformazione in cibo, energia e materia diventa possibile non attraverso il fuoco o la chimica aggressiva, bensì grazie alla precisione silenziosa della vita biologica stessa.
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