BactoBot: il futuro dell'energia

Fig. 1: Prototipo di EBR da laboratorio. La linea di colore rosso è la membrana permeabile ai protoni

BactoBot non è un nuovo cartone animato giapponese, né un film di fantascienza. Si tratta invece di una nuova biotecnologia che arriva dagli Stati Uniti e che promette di rivoluzionare la produzione di energia rinnovabile da biomasse e rifiuti organici.

Il nome BactoBot è l'acronimo di Bacterial Robot, cioè, un batterio che ha la particolarità di essere programmabile per via genetica in modo da realizzare diverse funzioni, alla stessa maniera dei robot meccanici programmabili mediante il software.

L'azienda proprietaria dei brevetti e del know how segreto industriale è composta da un'equipe di ricercatori provenienti da diverse università e discipline: c’è chi è esperto in modificazione genetica di organismi, chi esperto in Mfc (Microbial fuel cells, celle a combustibile microbiche), o ancora c’è chi è esperto in marketing e pubbliche relazioni istituzionali; tutti insieme hanno dato vita ad un'azienda che in meno di un lustro ha raggiunto diversi milioni di dollari di investimenti e stipulato contratti con importati istituzioni quali la Epa (Environmental protection agency, l’agenzia di protezione ambientale statunitense).

Le potenzialità dei BactoBot sembrano limitate solo dall'immaginazione e disponibilità di capitale dei committenti. A data odierna, sono stati sviluppati BactoBots per la produzione di energia elettrica a partire da acque residue, tramite una tecnologia chiamata Ebr (Electrogenic bio reactor, bioreattore elettrogeno).

Un Ebr è un particolare tipo di Mfc nel quale dei BactoBot programmati per degradare la materia organica, o un qualsiasi composto inquinante, sono fissati a dei nanotubi di carbonio che costituiscono l'anodo. L’attività metabolica dei BactoBot scinde le molecole della materia organica, fecale o di altro tipo, presente nell’acqua da trattare, liberando idrogeno. Una membrana di un materiale speciale, impermeabile all'acqua ma permeabile ai protoni, separa la camera di reazione biologica, contenente i BactoBot e l’acqua da trattare, dal catodo in grafite, il quale è a contatto con l'aria. Quando si chiude il circuito, fra anodo e catodo, l’idrogeno prodotto dai BactoBot si scinde in elettroni e protoni. Gli elettroni viaggiano attraverso i fili di rame ed il carico elettrico esterni fino al catodo, mentre i protoni gli raggiungono passando attraverso la membrana. Nel catodo protoni e ed elettroni si ricombinano in idrogeno, il quale si combina con l’ossigeno dell’aria, generando acqua. Il processo genera dunque energia in forma di corrente elettrica, acqua pura, e allo stesso tempo degrada la materia inquinante contenuta nel refluo all’interno della camera biologica, facilitando poi il suo trattamento ulteriore. 

I creatori della tecnologia dicono che sia persino possibile realizzare BactoBot che degradino selettivamente un particolare tipo di inquinante, come ad esempio i polifenoli presenti nelle acque di vegetazione degli oleifici, responsabili della scarsa biodegradabilità e difficoltà di trattamento di questo refluo, oppure gli idrocarburi versati in mare nel caso di un naufragio. Un Ebr già testato negli Usa è capace di produrre energia dall’urina separando l’azoto ed il fosforo ivi contenuti per produrre dei fertilizzanti.

Un altro tipo di BactoBot, invece, è stato progettato per funzionare come biocatalizzatore. Facendo circolare in controcorrente il gas di scarico di un processo di combustione (ad esempio una centrale a biomassa o biogas) ed una soluzione nutriente, i Bactobot fissati su di un substrato artificiale sono in grado di sintetizzare butanolo, un alcol considerato come "biobenzina", capace di rimpiazzare quest'ultima senza bisogno di modifiche ai motori esistenti e con diversi vantaggi ambientali.

Ancora un’altra possibilità dei BactoBot è la fermentazione diretta dello sterco animale, producendo del bioetanolo, un combustibile di grande interesse commerciale come additivo alla benzina, ma prodotto attualmente da materie nobili quali il frumento, il mais o la canna da zucchero e molto contestato dai gruppi ecologisti per questo motivo. I BactoBot dunque presentano un triplice vantaggio: in primo luogo producono biocarburante pulito e a basso costo; in secondo luogo riducono il carico inquinante dovuto alle deiezioni zootecniche, e, infine, liberano una buona parte della produzione dei cereali e dello zucchero dall’utilizzo insostenibile per produrre combustibile, per il loro scopo genuino di alimentazione umana e animale.

Sorge dunque una domanda spontanea: i digestori anaerobici sono destinati a sparire? Secondo noi assolutamente no! E spieghiamo il perché: un altro BactoBot è in grado di produrre metano direttamente da qualunque substrato organico. Questa tecnologia consentirà allora la costruzione di digestori molto più compatti ed efficienti nella degradazione delle biomasse residue agricole, assicurando la fornitura di metano alle nostre abitazioni.

Ma come funziona un BactoBot? Al pari di un robot, è composto da un"hardware" generico - adatto a più scopi (in pratica un batterio al quale è stato asportato il Dna), un "sistema operativo" (appunto il Dna del batterio che verrà ricodificato)- e da un "software" (i singoli geni che compongono il Dna, che vengono "accesi" o "spenti" dai biotecnologi allo stesso modo del linguaggio binario “1 e 0”).

Fig. 2: Aspetto esterno di un BactoBot

La figura 2 mostra la "carrozzeria" scelta per “fabbricare” i BactoBot. Si tratta di un batterio assolutamente innocuo, ma caratterizzato da una sorta di "peli", tecnicamente chiamati col nome latino pilus, che diventano molto utili per consentire una facile adesione ad una matrice inerte (solitamente nanotubi di carbonio), in modo da poter immobilizzare grandi quantità di individui all'interno del bioreattore. 

Quando si parla di organismi geneticamente modificati, insorgono sempre critiche e paranoie apocalittiche da parte di attivisti di ogni colore politico. Cosa succede se per qualche motivo si rompe un reattore e i BactoBot vanno a finire in un ambiente naturale? O se i terroristi riescono a impossessarsi di un campione con lo scopo di "pirateggiare" il Dna per fabbricare armi biologiche? Tutte queste ipotesi potrebbero accadere, ma senza incorrere in seri rischi per la collettività perché gli scienziati americani hanno già pensato e sviluppato una soluzione.

Per fare un’analogia con il mondo dei software più sofisticati, questi batteri sono impossibili da copiare perché per poter funzionare richiedono la presenza di una sorta di "chiavetta", per seguire l’analogia con il campo informatico. In altri termini, i BactoBot possono vivere solo se nel loro medio si trova - in una certa concentrazione prestabilita- una molecola (neutra e biodegradabile nell'ambiente naturale). Quella che funziona come chiavetta si chiama GeRM Key (Genetic rights management key, chiave di amministrazione dei diritti genetici) e la sua mancanza provoca la distruzione immediata sia del Dna che del Rna del BactoBot.

Da un articolo di Agronotizie - Mario Rosato