Il recupero e il riutilizzo della CO2 da fermentazione alcolica: uno studio di fattibilità

Riassunto 
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RIASSUNTO 
 
La fermentazione è un processo naturale che consente di trasformare il mosto in vino, attraverso la 
conversione degli zuccheri presenti in alcol etilico e anidride carbonica (CO
2
).  
Dal punto di vista stechiometrico, da 45 milioni di ettolitri di vino con una gradazione media di 12% 
v/v, prodotti annualmente in Italia, è possibile stimare una emissione di CO
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 pari a 450.000 ton. Ogni 
anno il processo di vinificazione porta, quindi, alla liberazione di ingenti quantità di CO
2
 
nell’atmosfera intensificando l’effetto serra. Anche se parte della CO
2
 viene riassorbita nei vigneti 
attraverso la fotosintesi, questo processo non è sufficiente a bilanciare tutta la CO
2
 prodotta in fase di 
fermentazione: è pertanto necessario individuare soluzioni efficaci per ridurne l’emissione. 
La presente tesi si inserisce all’interno di un progetto più ampio, denominato E-CO
2
, che ha proprio 
l’obiettivo di ridurre la liberazione in atmosfera di CO
2
 di origine vinaria: il gas viene captato in 
uscita dalle vasche durante la fermentazione, purificato e compresso trasformandolo in risorsa, per 
un possibile riutilizzo nel settore enologico, ma anche in altri settori dove viene già impiegato per 
svariati scopi. 
Il mercato della CO
2
 è estremamente importante nel settore della chimica e tecnologia industriale ed 
è in continua espansione in campo alimentare per operazioni come la gasatura di bevande e la 
creazione di atmosfere modificate/protette per la conservazione di alimenti. Ulteriori possibili 
applicazioni in campo agrario e nutraceutico riguardano la nutrizione di organismi fotosintetici come 
le alghe unicellulari. In ambito enologico la CO
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 è utile per il controllo delle ossidazioni e 
dell’estrazione delle sostanze aromatiche. Le cantine stesse sono, quindi, dirette utilizzatrici di gas 
tecnici e potrebbero trovare un’importante sinergia con i produttori di gas, creando una ‘banca della 
CO
2
’ per utilizzarla in modo continuativo nel corso dell’anno. Si potrebbero così ridurre le 
produzioni di CO
2
 da combustioni e reazioni chimiche. 
È tuttavia evidente che una risorsa generosa come quella delle fermentazioni vinarie non è mai stata 
pienamente presa in considerazione per motivi legati alla stagionalità; infatti, grandi produzioni in un 
ristretto periodo di tempo comportano la realizzazione di grossi impianti di raccolta con pesanti 
incidenze economiche a livello di ammortamenti.  
Le analisi chimiche effettuate nel presente lavoro di tesi hanno evidenziato che la purezza della CO
2
 
da fermentazione alcolica vinaria è di qualità food grade. Tra i composti che contaminano la CO
2
 
enologica sono presenti anche aromi di fermentazione, che, se opportunamente condensati, 
potrebbero rappresentare un’ulteriore risorsa da valorizzare come ingrediente alimentare.
1. Introduzione 
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1. INTRODUZIONE 
  
Il presente lavoro di tesi si inserisce all’interno del contesto ampio di un progetto, finanziato su fondi 
dell’Unione Europea (Fondo Agricolo per lo Sviluppo Rurale) ed erogati da Regione Veneto 
nell’ambito del Programma per lo Sviluppo Rurale 2007-2013, denominato E-CO
2
. 
Nella stesura del lavoro ci si è avvalsi pienamente di documenti ufficiali sviluppati nell’ambito di E-
CO
2
 dai partner che ne hanno preso parte nonché dal materiale di rendicontazione dello stesso 
progetto.  
Il presente elaborato sarà reso disponibile alla Regione Veneto come uno degli importanti documenti 
redatti durante i due anni di studio per compendiare il lavoro effettuato. 
 
 
1.1. La novità 
 
Il recupero e il riutilizzo dell’anidride carbonica (CO
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) derivante dalla fermentazione alcolica vinaria 
è sempre stato un argomento ampiamente dibattuto nel corso degli anni dagli enologi, che ne hanno 
tratto generalmente la conclusione che gli svantaggi legati al recupero fossero eccedenti i possibili 
benefici. Per la prima volta, nella presente ricerca la possibilità di valorizzare questa risorsa è stata 
vagliata in profondità da alcune importanti realtà del panorama vitivinicolo Veronese ottenendo dei 
risultati ottimistici che verranno presentati e discussi in questa tesi. 
Attualmente la CO
2
 prodotta dalle fermentazioni vinarie viene dispersa direttamente in atmosfera, 
contribuendo alle emissioni di gas serra. A livello istituzionale sono state emanate alcune direttive, 
come la norma internazionale ISO 14064, che intendono fornire ai governi e al mondo industriale 
uno strumento comune di riferimento per quantificare, gestire e ridurre le emissioni di gas ad effetto 
serra. Normative sempre più precise e l’avvio di numerosi progetti di ricerca sul tema della 
sostenibilità ambientale dimostrano una attenzione crescente per questi aspetti anche in campo 
vitivinicolo/enologico: tuttavia, gran parte di questi nuovi studi mirano però ad un calcolo 
dell’impronta carbonica (carbon footprint) rilasciata dal vigneto o a livello della filiera intera, mentre 
l’obiettivo di questo progetto è stato la quantificazione e il recupero della CO
2
 prodotta in 
vinificazione, in particolare dagli stabilimenti enologici del gruppo Collis Veneto. 
Il percorso di sostenibilità ambientale è iniziato quantificando le emissioni di CO
2
 in fermentazione 
alcolica vinaria, esaminando i punti critici del settore e valutando la possibilità di sfruttare tecnologie 
recentemente messe a punto in altri ambiti alimentari ed implementandole in quello enologico.
1. Introduzione 
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2 
Successivamente, sono stati verificati i presupposti per il recupero della CO
2
, con l’obiettivo di un 
suo sfruttamento e valorizzazione non solo in ambito enologico ma anche in altri settori. 
La CO
2
 di fermentazione alcolica residuale è stata quindi captata e purificata, adattando le tecnologie 
già disponibili alla specifica realtà delle cantine. Nel corso della fermentazione alcolica primaria, la 
CO
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 prodotta è stata quindi convogliata in appositi collettori per uno stoccaggio temporaneo, dal 
quale attingerà il sistema di purificazione e di successiva compressione a 18 bar. Lo stoccaggio della 
CO
2
 allo stato liquido ne consente l’utilizzo diversificato e l’eventuale trasporto. 
 
1.1.1. Produzione di anidride carbonica nel settore enologico 
 
Una cantina di Montepulciano, per prima in Europa, ha stimato attraverso un'accurata analisi svolta 
in collaborazione con l'Università di Siena, che la CO
2
 immessa nell'atmosfera per la produzione 
standard di una bottiglia di 0,75 litri è pari a 1,83 kg, compreso il processo di lavorazione, 
confezionamento e trasporto (fonte greenme.it). 
E’ noto che una parte della CO
2
 viene riassorbita dai vigneti stessi - i quali fungono da polmoni verdi 
esattamente come gli alberi piantati in Nicaragua. Infatti, i vigneti da soli già assorbono 0,38 Kg di 
CO
2 
eq per bottiglia (fonte greenme.it), e quindi il saldo su cui intervenire è pari a 1,45 kg. 
Risulta quindi importante trovare soluzioni tecnologiche adeguate per evitare la dispersione di queste 
quantità di CO
2
 nell’ambiente, e applicarle in primis alle grandi farming del campo vitivinicolo e, a 
seguire, alle piccole aziende agricole sulla scia di una politica più green. 
 
 
1.2. Natura e caratteristiche della CO
2
 
 
L'anidride carbonica (nota anche come biossido di carbonio, o diossido di carbonio, CO
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) è un ossido 
acido (anidride) formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. È una sostanza 
fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali, indispensabile per la vita e per la 
fotosintesi delle piante, ma è anche una fonte di inquinamento ed è ritenuta uno dei principali gas 
serra presenti nell'atmosfera terrestre.  
Questo gas non è infiammabile, non è combustibile, non è cancerogeno, non è corrosivo, non è 
reattivo, non è tossico a basse concentrazioni, ma è un gas inerte, riciclabile, abbondante e gratuito 
nonché materia prima per lo sviluppo di merci chimiche, combustibili e altri materiali (Ritter, 2007). 
Questa sostanza quindi ha delle caratteristiche termodinamiche e chimiche uniche: cambia 
direttamente dallo stato solido (di ghiaccio secco a pressioni inferiori i 5,5 bar) attraverso deposizione
1. Introduzione 
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a fase gassosa attraverso sublimazione a -78.5°C. Il ghiaccio secco è relativamente poco costoso 
come refrigerante ed è usato comunemente come agente raffreddante nelle drogherie, laboratori e 
processi di sublimazione.  
La CO
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 liquida si forma invece a una pressione superiore a 5,1 atmosfere (5,5 bar) e mostra proprietà 
criogeniche importanti. Inoltre, il punto critico della CO
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 è di 31,1°C e 7.4 MPa. Per punto critico si 
intende il punto (a temperatura e pressione) sopra il quale il gas non può essere liquefatto a 
prescindere da T e P applicata. Grazie a queste sue proprietà, la CO
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 è un gas estremamente versatile 
che può essere utilizzato in un ampio numero di applicazioni.  
La CO
2
, infatti, contiene quattro potenzialità solventi: allo stato supercritico permette l'estrazione 
chimica e la pulizia da contaminanti organici, allo stato liquido lo sgrassaggio e la veloce rimozione 
di oli e grassi, allo stato semi-solido (neve) rimuove particelle microscopiche di contaminante e 
materiali leggermente organici, allo stato solido (ghiaccio) rimuove con un'azione energica grosse 
quantità di contaminante organico e inorganico. Tutte queste caratteristiche ne fanno un gas 
fondamentale da un punto di vista chimico-industriale con una richiesta sempre maggiore da parte di 
svariati settori che vanno dall’agroalimentare al metallurgico. 
 
1.2.1. Le fermentazioni e la CO
2
  
 
La CO
2
 nei processi fermentativi è un prodotto di scarto che deriva dall’attività metabolica degli 
zuccheri da parte dei lieviti inoculati o già presenti nel mosto. Ulteriori prodotti della fermentazione 
alcolica sono etanolo, calore e biomassa di lievito, accanto ad altri composti minoritari.  
La fermentazione alcolica è dunque un processo biochimico ATP-rigenerante in cui i prodotti di 
scissione del substrato organico fungono sia da accettori che da donatori di idrogeno e si svolge 
secondo l’equazione di Gay-Lussac: 
C
6
H
12
O
6
 + 2 Pi  2 C
2
H
5
OH + 2 CO
2
 +  2 ATP + calore + biomassa 
I lieviti sono capaci di utilizzare zuccheri esosi come il glucosio-6-fosfato o il fruttosio-6-fosfato 
trasformandolo a piruvato durante la via glicolitica; il destino del piruvato è poi diverso a seconda del 
lievito e delle condizioni di crescita (Ribéreau-Gayon P., 2007a). 
In generale, nella respirazione l’acido piruvico viene decarbossilato ad acetato per poi essere 
demolito nel ciclo di Krebs a CO
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 e ATP, mentre nella fermentazione esso viene decarbossilato ad 
acetaldeide e CO
2 
con successiva trasformazione dell’acetaldeide in alcol etilico e riossidazione del 
NADH. Questo tipo di informazioni sono fondamentali in quanto il metabolismo dei lieviti può 
subire uno shift tra respirazione e fermentazione a seconda delle condizioni ambientali e di ossigeno 
in cui si trova il lievito secondo gli effetti Crabtree e Pasteur ma, in entrambi i casi, avremo 
produzione di CO
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