Il progetto, a valere sul tematismo bioeconomia del settore agroindustria, riguarda lo sviluppo di tecnologie innovative basate sull’utilizzo di microalghe per la produzione di prodotti ad elevato valore aggiunto, e la contestuale captazione di CO2 in un contesto di bio-raffineria agro-industriale. Tra i prodotti estraibili dalle microalghe si possono annoverare ad esempio omega-3, vitamine, antiossidanti, alimenti funzionali e precursori di diversa natura da commercializzare in diversi mercati strategici quali quello nutraceutico, biomedico, cosmetico e agroalimentare. L’utilizzo delle tecnologie oggetto di investigazione avrebbe inoltre importanti ricadute nel settore ambientale essendo associabile al riutilizzo di CO2 da gas di scarico ed alla depurazione di reflui urbani. Il sottoprodotto del processo potrebbe poi essere utilizzato per la produzione di fertilizzanti e/o come foraggio. Ulteriore applicazione innovativa del processo è quella che consente l’estrazione dalle microalghe di precursori utilizzabili nel mercato in costante crescita delle bio-plastiche.
A seconda dei ceppi coltivati, la tecnologia a microalghe, qualora ottimizzata dal punto di vista tecno-economico, potrebbe consentire la produzione di diversi composti ad elevato valore aggiunto il cui prezzo di vendita sul mercato potrebbe superare i 3000 Euro/kg garantendo significative redditività per i produttori e per tutta la filiera coinvolta nella commercializzazione dei bioprodotti. Tale “target” produttivo ben si adatta al rilancio dell’agro-industria in Sardegna sia in relazione alla innovatività del prodotto/processo sia in relazione al fatto che il suo elevato valore aggiunto consentirebbe il conseguimento di significative redditività anche con produzioni quantitativamente limitate. Questo aspetto potrebbe avere implicazioni positive anche sui costi di trasporto, potendosi aggredire i mercati extra-isolani di interesse con pochi carichi annui di prodotto in modo tale da superare gli svantaggi in fase di esportazione che derivano dalle condizioni di insularità. Per i motivi sopra esposti, il processo a microalghe risulta essere estremamente promettente sia in considerazione degli enormi potenziali economici sia in termini di benefici ambientali da esso derivanti.
Nonostante la tecnologia in oggetto sia estremamente interessante, la sua principale criticità consiste nella ancora scarsa diffusione su scala industriale, sia perché ancora allo stato embrionale sia perché non ancora ottimizzata dal punto di vista tecno-economico e ingegneristico. La tecnologia attuale inoltre non sfrutta appieno le potenzialità della genetica e della metabolomica, le quali potrebbero garantire un significativo miglioramento produttivo attraverso l'individuazione e la conseguente attivazione/spegnimento dei geni specifici coinvolti nei pathways metabolici che sottendono alla produzione delle molecole di interesse.
L’obiettivo del presente progetto è pertanto, quello di mettere a punto una o più tecnologie a microalghe, per la produzione di composti ad elevato valore aggiunto, ottimizzate dal punto di vista tecno-economico e pertanto caratterizzate da elevata scalabilità. La scelta dei composti da produrre, e quindi dei ceppi algali da coltivare, avverrà sia sulla base di un’accurata analisi delle loro potenzialità di mercato sia sulla base degli input delle aziende partecipanti al progetto che svolgeranno un ruolo attivo in questa fase critica di scelta del prodotto finale del processo. In ogni caso i ceppi algali oggetto di studio saranno esclusivamente isolati in Sardegna. In particolare, nell’ambito del progetto si farà riferimento alla ceppoteca SCCA (Sardinian Culture Collection of Algae) ospitata presso le strutture del CINSA, la cui curatrice è la Dott.ssa Veronica Malavasi. Questo consentirà lo sviluppo di una tecnologia particolarmente adatta ad essere implementata sul territorio sardo con ricadute occupazionali potenzialmente elevate. La scelta dei composti da produrre e delle attività di ricerca da approfondire avverrà anche grazie all’interazione con le aziende partecipanti al progetto che potranno fornire input utili alla definizione degli indirizzi specifici della ricerca. In estrema sintesi l’attività di ricerca riguarderà i seguenti aspetti:
- Individuazione, caratterizzazione e sperimentazione di ceppi microalgali isolati in Sardegna contraddistinti dalla capacità di biosintesi e di accumulo di molecole ad alto valore aggiunto. Saranno individuati, ove possibile, i “pathways” metabolici che portano alla produzione dei composti di interesse.
- Coltivazione dei ceppi, precedentemente selezionati, all'interno di fotobioreattori di diversa tipologia (mini-reattori, BIOCOIL, closed raceways, etc.) alimentati con mezzi di coltura nei quali potrà essere insufflata CO2 anche da gas di scarico.
- Sperimentazione di tecniche innovative per l’estrazione e la purificazione dei prodotti ad elevato valore aggiunto.
- Sviluppo di modelli matematici e codici di calcolo per la simulazione, la progettazione, il controllo e l’ottimizzazione delle unità di processo utilizzate nelle fasi sperimentali del progetto sopra descritte.
- Progettazione, realizzazione, messa in marcia di un piccolo impianto pilota ed individuazione delle configurazione ottimizzata.
- Analisi tecno-economiche, LCA e business plans volti a definire la scala produttiva più redditizia e la sostenibilità ambientale.
I risultati dell’attività di ricerca saranno poi utilizzati per progettare, realizzare e operare un prototipo di impianto su scala pilota da ubicare presso la sede di uno dei due organismi di ricerca o, preferibilmente, nei terreni eventualmente messi a disposizione dalle aziende. I risultati ottenuti su scala pilota opportunamente elaborati mediante gli strumenti computazionali sviluppati consentiranno di valutare la fattibilità tecno-economica su diverse scale di produzione e di individuare la dimensione ottimale degli impianti produttivi.
La durata prevista del progetto è di 30 mesi. Il progetto si avvarrà della stretta collaborazione tra organismi di ricerca e imprese del territorio sardo per la risoluzione delle criticità in esso implicite.