WP2 Webinar, 15/04/2021 USABLE PACKAGING (WP2) David Bolzonella (Univ. di Verona) e Mauro Majone (Univ. di Roma La Sapienza) L'innovazione di ...
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WP2 Webinar, 15/04/2021 USABLE PACKAGING (WP2) David Bolzonella (Univ. di Verona) e Mauro Majone (Univ. di Roma La Sapienza) L’innovazione di processo nella produzione di biopolimeri da scarti alimentari
Poli-idrossialcanoati (PHA)
HB HV
Poliesteri naturali di origine microbica
Materiali di stoccaggio intracellulare
(fonte di carbonio e/o energia)
Molti batteri (~75 generi, 300 specie)
Generalmente, termoplastici
Plastiche bio-based per diversi utilizzi
(anche simili alle plastiche convenzionali)
Proprietà dipendenti dalla composizione
monomerica (estrema versatilità)
Facilmente biodegradabile
Chanprateep J Biosci Bioeng , 2010
Classificazione della bioplastica
Biomassa rinnovabile come
materia prima Bioplastiche basate sulla
materia prima rinnovabile e
Bioplastiche basate sulla biodegradabili
materia prima rinnovabile
Biopolimeri
Bio-PE (PP/PVS),
biobased PET starch blends,
PLA, PHA
non
biodegradabile, biodegradabile,
da riciclare per da recuperare
via meccanica con organico
PE, PP, PS, PVC, PET PBAT, PBS, PCL
ecc.
Polimeri
convenzionali
Bioplastiche basate
sulla biodegradabilità
Petrolio e derivati come materia prima
Bioplastiche e previsioni di mercato
La produzione delle bioplastiche è ad
oggi molto limitata (in quantità
Materia prima
Fermentazione
Substrato ad hoc
Biomassa
• glucosio con PHB
• saccarosio
* Estrazione
Microrganismi
Alta
produttività PHB
Fase crescita Fase accumulo fino a 5.0 g
PHB/L h)
Microrganismi
PHA (%)
X (g/L)
superproduttori in Applicazioni
coltura pura:
• Cupriavidus necator Costo
• Alcaligenes latus
• E coli (OGM)
> 4.0 €/Kg
Limitazione crescita per carenza azoto
* Cupriavidus necator - Alchetron, The Free Social Encyclopedia
Uso di colture microbiche miste arricchite su substrati ottimali
Ingegnerizzare la coltura piuttosto che il singolo 100
microorganismo attraverso principi di selezione feast famine
80
(mgCOD/l)
VFA, PHA
ecologica: alimentazione dinamica (feast and 60
famine, FF)
40
Usare come substrato i migliori precursori (acido
20
acetico e altri acidi grassi volatili, VFA) ottenuti
0
per fermentazione di scarti organici 0 0,5 1
time
FF FF
Coltura fortemente
Non usano il
arricchita in batteri PHA-
substrato
accumulanti
Usano il Microrganismi più efficienti
substrato nell’accumulare e riusare il PHA
La digestione anaerobica verso la bioraffineria
MATERIALE ORGANICO PARTICOLATO
PROTEINE CARBOIDRATI LIPIDI
IDROLISI
AMMINOACIDI, ACIDI GRASSI A LUNGA
ALCOLI, ZUCCHERI CATENA
FERMENTAZIONE OSSIDAZIONE
PRODOTTI INTERMEDI:
Intermedi ANAEROBICA
ACIDO PROPIONICO,
BUTIRRICO, VALERICO, ETC.
industria
chimica e Bioidrogeno
della
IDROGENO
plastica ACIDO ACETICO
OMOACETOGENESI
ANIDRIDE CARBONICA Vettori
energetici
METANOGENESI METANOGENESI
ACETOCLASTICA IDROGENOFILA
METANO
ANIDRIDE CARBONICA Biometano
400
Schema di processo per produzione PHA con
mgCOD/L)
colture miste da scarti 200
Scarto organico
0
0 2 4 6 time (h)8 10
Fermentato acido
(miscela VFA) Accumulo Copolimero PHBV :
Fermentazione PHA rapporto HB/HV in
acida (AF) III funzione della miscela
I VFA e condizioni
Coltura selezionata operative
Selezione
feast famine coltura
100 II
80
(mgCOD/l)
VFA, PHA
60
Condizioni di alimentazione
40 sequenziale Feast and Famine
20
0
0 0,5
time 1
Alcuni punti chiave
Upstream
- Disponibilità di approvvigionamento di «materia prima» in quantità sufficiente,
stabile nel tempo e non in competizione con usi più nobili.
- Ottimizzazione della fermentazione acida come stadio fondamentale di upstream,
anche per fronteggiare la variabilità intrinseca della materia prima e garantire allo
stesso tempo affidabilità dei bioprodotti.
Processo
Colture pure
- Produzione di mcl-PHA direttamente da carboidrati
- Uso colture alofiliche (no sterilizzazione, estrazione)
Colture miste
- Ottimizzazione processo «convenzionale» Scala pilota
- Sviluppo nuovi processi (fototrofi)
- Modellizzazione e controllo di processo
Downstream
- Ottimizzazione dello stadio di estrazione
Effetti su caratteristiche e proprietà del PHA
Nello schema complessivo del progetto si è dedicata particolare attenzione alla
produzione di acidi grassi volatili (VFA) e biopolimeri (PHA)
WP2 within the USABLE project
10Nello schema complessivo del progetto si è dedicata particolare attenzione alla
produzione di acidi grassi volatili (VFA) e biopolimeri (PHA)
WP2 within the USABLE project
1112
13
14
15
Ottimizzazione della produzione di VFA da sottoprodotti
agroalimentari e del processo per l’accumulo di PHA (Sapienza)
16Ottimizzazione della produzione di PHA in colture batteriche
fotosintetiche (Lisbona)
17Ottimizzazione della produzione di PHA a media catena in colture
batteriche pure (Montpellier)
18Modellazione del processo di produzione di VFA
(Santiago de Compostela)
19Produzione di PHA a scala pilota (Innoven)
2021
22
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