Effetto di differenti parametri fisico - chimici sulla crescita e produzione di glicolipidi in colture dell'alga verde Stichococcus bacillaris (Chlorophyta)

1. INTRODUZIONE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.1 CAMBIAMENTI CLIMATICI ED EMISSIONI DI GAS SERRA 
I cambiamenti climatici rappresentano una delle maggiori sfide che l’umanità dovrà affrontare nei prossimi 
anni. L’aumento delle temperature, lo scioglimento dei ghiacci e il cambiamento della frequenza e 
dell’intensità degli eventi climatici su larga scala (cicloni, uragani, siccità prolungata) sono tutti fenomeni 
riconducibili all’accumulo di gas serra nell’atmosfera. La loro presenza negli stati alti della troposfera fa sì 
che il calore e la radiazione infrarossa emessa dal suolo non si disperda ma resti bloccata e venga riemessa 
verso il suolo, dove provoca un innalzamento della temperatura. 
Tra i gas responsabili del surriscaldamento globale troviamo vapore acqueo (H
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O), metano (CH
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), ossido di 
diazoto (N
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O), ozono (O
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) e anidride carbonica (CO
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), tutti gas di origine naturale; a questi si aggiungono i 
gas di origine antropica quali esafluoruro di zolfo (SF
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), idrofluorocarburi (HFCs), per fluorocarburi (PFCs) e 
alogenocarburi (tra cui i CFCs), che hanno una struttura asimmetrica e sono classificati come potenti gas a 
effetto serra. Eccezione va fatta per la CO
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 che, pur non essendo un buon gas a effetto serra, provoca effetti 
maggiori rispetto ai gas antropici poiché rilasciato in quantità di gran lunga superiori 
(http://www.lavoisier.com.au) . Si stima, infatti, che delle oltre 7 Gtc emesse annualmente dalle attività 
antropiche, il 40 – 60% sia rimasto in atmosfera (Tans et al. 1990, Conway et al. 1994) mentre la restante 
parte viene assorbita dagli oceani e dagli ecosistemi terrestri, con forte variabilità annuale a seconda dei 
biomi (Kauppi et al. 1992, Taylor & Lloyd 1992, Dixon et al. 1994, Gifford 1994, Ciais et al. 1995, Heimann 
1995, Schimel 1995, Fan et al. 1998, Phillips et al. 1998, Valentini et al. 2000). 
Con il Protocollo di Kyoto, entrato in vigore nel febbraio 2005, si è raggiunto un primo accordo a livello 
internazionale per ridurre le emissioni di elementi inquinanti del 5% (almeno) rispetto ai livelli del 1990, nel 
periodo 2008 – 2012. In concreto l’obiettivo assegnato all’Italia è una riduzione del 6.5% della anidride 
carbonica rilasciata in atmosfera: secondo la Fondazione per lo Sviluppo Sostenibile, il target sembra essere 
raggiunto. Dopo la crescita registrata nel 2010 (+ 2% CO
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)  le emissioni nel 2011 sono tornate a scendere di 
circa il 2.4%, arrivando a valori inferiori a quelli del 2009, anno in cui il crollo del PIL e della produzione 
hanno fatto diminuire in modo significativo le emissioni di anidride carbonica (- 7.2% e -7.4% rispetto ai 
valori del 1990) (Dossier Kyoto 2012 – Le Emissioni di Gas Serra in Italia 208 – 2011. Edo Ronchi, Andrea 
Barbabella. Fondazione per lo Sviluppo Sostenibile). Sebbene la contrazione dell’economia abbia influito in 
modo consistente sulla riduzione delle emissioni, negli ultimi anni sono cresciute le tecnologie con impatto 
netto positivo ai fini della riduzione delle emissioni: dai miglioramenti dell’efficienza energetica nell’edilizia 
ai vincoli sulle emissioni delle automobili (gpl, metano e auto a basse emissioni di CO
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), fino alla crescita 
nell’utilizzo della bioenergia. È proprio sullo sviluppo di queste nuove fonti di energia verde che la ricerca 
punta, per migliorare l’efficienza degli impianti e l’impatto sull’ambiente. 
 
1.2 LE ENERGIE RINNOVABILI 
Con questo termine si indicano, in ingegneria energetica, quelle fonti di energia che per la loro 
caratteristica intrinseca “si rigenerano almeno alla stessa velocità con cui vengono consumate, o che non 
sono esauribili nella scala dei tempi umani” e “il cui utilizzo non limita lo sfruttamento futuro delle risorse 
naturali” (Y. Cengel, M. Boles. Thermodynamics. An Engeneering Approach). Sono considerate tali l’energia 
idroelettrica, quella solare, eolica, marina, geotermica e il biocarburante ricavato da colture o scarti di 
produzione (sia animali che vegetali). 
L’uso di queste tecnologie offre una serie di vantaggi, non solo di carattere economico: 
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 Sono fonti sostenibili, perciò sfruttabili nel lungo periodo senza modificare la loro disponibilità 
 Sono inesauribili, a differenza delle fonti fossili come petrolio, carbone, gas naturale o uranio 
(utilizzato per l’energia nucleare), che sono in rapido esaurimento 
 Sono per la maggior parte fonti “programmabili” : la loro produzione può essere programmata in 
base alla richiesta energetica del momento, azzerando gli sprechi; in questo gruppo rientrano gli 
impianti idroelettrici a serbatoio o a bacino, impianti assimilati che utilizzano combustibili fossili, di 
processo o residui, rifiuti solidi urbani e biomasse. 
 Sono a emissioni zero, poiché non sfruttano la combustione di sostanza fossile ma bruciano 
biomassa che ha precedentemente assorbito CO
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 durante la sua formazione, portando a un bilancio 
netto positivo sulle emissioni finali. 
 
Fig 1.1: Confronto tra biodiesel e biocarburanti convenzionali per le emissioni di sostanze inquinanti 
Per questi motivi le bioenergie si candidano come ottime sostitute del petrolio che, oltre ad essere una 
risorsa finita, ha raggiunto prezzi esorbitanti (con conseguenze dirette sul prezzo della vita). Anche se di 
queste nuove tecnologie non si conosce sempre il costo a regime, esse possiedono un significativo 
potenziale di espansione, sia per quel che riguarda la produzione di elettricità e calore, sia nel settore dei 
trasporti sotto forma di biocarburanti. 
A puntare su questi ultimi tipi di energie sono soprattutto i governi che, oltre a favorirne la produzione e la 
commercializzazione con leggi ad hoc, hanno stanziato incentivi e fondi sia per il privato (impianti eolici o a 
pannelli solari per le case, macchine a basse emissioni o GPL) che per l’industria e la ricerca (per trovare 
nuove e più performanti vie di produzione). 
1.3 ENERGIA PRODOTTA DA BIOMASSE 
Questa diffusa consapevolezza nell’uso e produzione dei biocarburanti ha portato, negli ultimi anni, a una 
valorizzazione dell’energia prodotta dalle biomasse. con questo termine si intende la “frazione 
biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui di origine biologica provenienti dall’agricoltura (comprendente 
sostanze animali e vegetali) , dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, nonché la parte biodegradabile 
dei rifiuti industriali e urbani (Direttiva 2009/28/CE). Da queste sostanze, ricche in carboidrati 
(monosaccaridi, saccarosio, amido e cellulosa), grassi e proteine si possono ricavare diversi tipi di 
biocarburante, a seconda del tipo di degradazione biologica applicata. Per esempio dalla fermentazione di 
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canna da zucchero, barbabietola e mais, spesso prodotti in quantità maggiori al fabbisogno, si può ricavare 
l’etanolo utilizzato come combustibile nei motori endotermici al posto della benzina; oppure dalla 
digestione anaerobica degli scarti di coltivazione, rifiuti vegetali e liquami di origine animale si forma il 
biogas, utilizzabile come combustibile per il riscaldamento e per la produzione di energia elettrica. 
Particolarmente significativa in Europa è stata la crescita della produzione di elettricità da biomasse legnose 
(legno, residui legnosi forestali e colture specifiche come il pioppo e il miscanto), che è stata mediamente 
del 14,7% per anno a partire dal 2001 (Ecoprog e Fraunhofer Umisich, 2009). La maggior parte di questa 
produzione (65% nel 2009) proviene da impianti di cogenerazione, che utilizzano la biomassa con elevata 
efficienza e consentono il recupero e la riutilizzazione anche del calore prodotto dalla generazione elettrica. 
 
Tabella 1.1 : Attuali paesi europei produttori di biodiesel 
Per quanto riguarda l’Italia, il Piano di Azione Nazionale sulle Rinnovabili affida un ruolo fondamentale alle 
biomasse: se fino ai primi anni sessanta la produzione energetica rinnovabile italiana era affidata alle 
centrali idroelettriche dell’arco alpino e appenninico, la crescente richiesta di energia ha favorito la nascita 
di impianti a combustione di biomasse, facendo registrare una crescita costante del settore negli ultimi 
anni. 
 
Nel solo 2010 l’Italia ha prodotto circa 76.9 TWh di elettricità da fonti rinnovabili, pari al 22.2% del 
fabbisogno nazionale lordo: di questi, circa il 90% deriva da impianti definiti programmabili (fonte Terna – 
dati statistici). Con tali valori, l’Italia risulta essere il quinto produttore di elettricità da fonti rinnovabili 
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nell’UE – 15, dopo Germania, Francia e Spagna (dati “GSE” 2009 – fonte GSE – Terna – ENEA). A supportare 
i dati positivi di produzione ci sono i dati del mercato, che è in forte espansione a causa delle crescenti 
percentuali di incorporazione obbligatoria stabilite dalla più recente legislazione (4% come equivalente in 
valore energetico per il 2011). In termini quantitativi la Direttiva n.30 del 2009 ha stabilito i limiti massimi 
del 7% in volume per il biodiesel e del 22% per l’ETBE come quantità di biodiesel e bioetanolo immettibili al 
consumo previa miscelazione con benzina e gasolio.  
 
1.4 VANTAGGI E SVANTAGGI DELLE BIOMASSE VEGETALI 
Anche se i dati riportati rimandano ad uno scenario più che favorevole, la produzione di questi nuovi 
biocarburanti è tutt’altro che semplice. A influire sulla qualità e la quantità dell’energia prodotta o 
utilizzabile sono i tipi di biomasse utilizzate, il tipo di lavorazione e la qualità dell’impianto. Queste 
limitazioni portano ad una serie di “pro” e “contro” che fanno dubitare del reale vantaggio dell’uso di 
queste tecnologie rispetto alle tradizionali.  
Se i vantaggi, già brevemente elencati, comprendono l’impatto ambientale positivo, le basse emissioni di 
idrocarburi aromatici ad anelli condensati (benzopireni ridotti del 71%) e diossido di zolfo (assente) e il 
riutilizzo delle biomasse residuali provenienti da scarti agricoli, industriali e urbani, la loro produzione su 
scala mondiale potrebbe influire sull’agricoltura e sull’industria. In particolare: 
 Coltivazione: quasi tutti i biocarburanti liquidi prodotti su larga scala sono ricavati da colture 
oleaginose specifiche, quali colza, soia, senape e palma. In caso di crescita incontrollata del 
settore agro energetico, gli elevati profitti della nuova filiera potrebbero indurre gli operatori 
agricoli ad abbandonare le classiche colture per dedicarsi alle monocolture oleaginose. Ciò 
porterebbe a un deficit della produzione alimentare locale, con perdita di molte delle colture 
endemiche, e a una diminuzione dei terreni destinati alla coltivazione di cereali (alimento base 
dei paesi poveri). Si creerebbe un conflitto per la destinazione finale dei terreni e dei prodotti 
agricoli, ben riassunto nella domanda “cibo o combustibile?” 
 Biodiversità: la sostituzione delle colture tradizionali con le monocolture oleaginose porterebbe 
ad una diminuzione della biodiversità, sia animale che vegetale, e ad un impoverimento del 
suolo; nel giro di pochi anni si avrebbe il completo disfacimento dell’ecosistema 
 Incorporazione: la tendenza ad incorporare percentuali crescenti di biodiesel in benzina e 
gasolio deve tener presente l’esigenza delle case automobilistiche di non modificare i motori 
e/o i veicoli e quella dei produttori di carburanti di poter immettere nella rete di distribuzione 
nazionale un prodotto pienamente usabile(un qualsiasi veicolo deve poter passare senza 
problemi dall’uso di una miscela contenente biocarburanti a quello del combustibile fossile e 
viceversa). La commercializzazione di un prodotto esclusivo per una stretta gamma di veicoli (o 
macchinari) potrebbe limitarne la commercializzazione e quindi la produzione. 
 Produzione: l’utilizzo e la raffinazione delle potature e lavorazioni agricole e dei residui forestali 
richiede impianti e macchinari non sempre presenti negli attuali impianti di smaltimento degli 
scarti. Bisognerebbe, perciò, creare impianti ex novo con macchinari adeguati che, dato il forte 
impatto ambientale e urbanistico (sono comunque luoghi di stoccaggio di materiale degradato, 
che possono produrre fumi e odori sgradevoli) sono difficili da collocare sul territorio; la loro 
costruzione o l’adeguamento dei vecchi impianti comporterebbe, comunque, una spesa non 
indifferente da parte dello stato, non sempre copribile con i finanziamenti e i fondi europei. 
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