Come un miraggio all'orizzonte, un processo innovativo per convertire un potente gas serra in una soluzione di sicurezza alimentare è stato bloccato dall'incertezza economica. Ora, un'analisi della Stanford University, la prima nel suo genere, valuta il potenziale di mercato dell'approccio, in cui i batteri alimentati con metano catturato si trasformano in farina di pesce ricca di proteine. Lo studio, pubblicato il 22 novembre su Nature Sustainability , rileva che i costi di produzione del metano catturato da determinate fonti negli Stati Uniti sono inferiori al prezzo di mercato della farina di pesce convenzionale. Evidenzia inoltre possibili riduzioni dei costi che potrebbero rendere l'approccio redditizio utilizzando altre fonti di metano e in grado di soddisfare tutta la domanda globale di farina di pesce.

"Le fonti industriali negli Stati Uniti emettono una quantità davvero sbalorditiva di metano, che è antieconomico da catturare e utilizzare con le applicazioni attuali", ha affermato l'autore principale dello studio Sahar El Abbadi, che ha condotto la ricerca come studente laureato in ingegneria civile e ambientale.

"Il nostro obiettivo è capovolgere quel paradigma, utilizzando la biotecnologia per creare un prodotto di alto valore", ha aggiunto El Abbadi, che ora è docente nel programma di educazione civica, liberale e globale a Stanford.

Due problemi, una soluzione

Sebbene l'anidride carbonica sia più abbondante nell'atmosfera, il potenziale di riscaldamento globale del metano è circa 85 volte maggiore in un periodo di 20 anni e almeno 25 volte maggiore un secolo dopo il suo rilascio. Il metano minaccia anche la qualità dell'aria aumentando la concentrazione di ozono troposferico, la cui esposizione provoca circa 1 milione di morti premature ogni anno in tutto il mondo a causa di malattie respiratorie. La concentrazione relativa del metano è cresciuta più del doppio di quella dell'anidride carbonica dall'inizio della rivoluzione industriale, in gran parte a causa delle emissioni provocate dall'uomo.

Una potenziale soluzione risiede nei batteri che consumano metano chiamati metanotrofi. Questi batteri possono essere coltivati ​​in un bioreattore refrigerato pieno d'acqua alimentato a metano pressurizzato, ossigeno e sostanze nutritive come azoto, fosforo e metalli in tracce. La biomassa ricca di proteine ​​che ne risulta può essere utilizzata come farina di pesce nei mangimi per acquacoltura, compensando la domanda di farina di pesce ricavata da piccoli pesci o mangimi a base vegetale che richiedono terra, acqua e fertilizzanti.

"Mentre alcune aziende lo stanno già facendo con gas naturale come materia prima, una materia prima preferibile sarebbe il metano emesso nelle grandi discariche, negli impianti di trattamento delle acque reflue e negli impianti di petrolio e gas", ha affermato il coautore dello studio Craig Criddle, professore di scienze civili e ambientali ingegneria alla Scuola di Ingegneria di Stanford. "Ciò comporterebbe molteplici vantaggi, tra cui livelli più bassi di un potente gas serra nell'atmosfera, ecosistemi più stabili e risultati finanziari positivi".

Il consumo di frutti di mare, un'importante fonte globale di proteine ​​e micronutrienti, è più che quadruplicato dal 1960. Di conseguenza, gli stock ittici selvatici sono gravemente esauriti e gli allevamenti ittici ora forniscono circa la metà di tutti i frutti di mare di origine animale che mangiamo. La sfida aumenterà solo poiché la domanda globale di animali acquatici, piante e alghe probabilmente raddoppierà entro il 2050, secondo una revisione completa del settore condotta dai ricercatori di Stanford e di altre istituzioni.

Sebbene i metanotrofi alimentati a metano possano fornire mangime per i pesci d'allevamento, l'economia dell'approccio non è chiara, anche se i prezzi della farina di pesce convenzionale sono quasi triplicati in termini reali dal 2000. Per chiarire il potenziale dell'approccio per soddisfare la domanda in modo redditizio, i ricercatori di Stanford hanno modellato scenari in cui il metano proviene da impianti di trattamento delle acque reflue, discariche e impianti di petrolio e gas relativamente grandi, nonché da gas naturale acquistato dalla rete commerciale del gas naturale. La loro analisi ha esaminato una serie di variabili, tra cui il costo dell'elettricità e la disponibilità di manodopera.

Verso la realizzazione di un profitto

Negli scenari che coinvolgono il metano catturato dalle discariche e dagli impianti di petrolio e gas, l'analisi ha rilevato che i costi di produzione della farina di pesce metanotrofica – rispettivamente $ 1.546 e $ 1.531 per tonnellata – erano inferiori al prezzo medio di mercato in 10 anni di $ 1.600. Per lo scenario in cui il metano è stato catturato dagli impianti di trattamento delle acque reflue, i costi di produzione sono stati leggermente superiori – $ 1.645 per tonnellata – rispetto al prezzo medio di mercato della farina di pesce. Lo scenario in cui il metano è stato acquistato dalla rete commerciale ha comportato i costi di produzione della farina di pesce più costosi – $ 1.783 per tonnellata – a causa del costo di acquisto del gas naturale.

Per ogni scenario, l'elettricità è stata la spesa maggiore, rappresentando in media oltre il 45% del costo totale. In stati come il Mississippi e il Texas con bassi prezzi dell'elettricità, i costi di produzione sono scesi di oltre il 20%, rendendo possibile produrre farina di pesce dal metano per $ 1.214 per tonnellata, o $ 386 in meno per tonnellata rispetto alla produzione di farina di pesce convenzionale. I costi dell'elettricità potrebbero essere ulteriormente ridotti, affermano i ricercatori, progettando reattori che trasferiscono meglio il calore per richiedere meno raffreddamento e passando le applicazioni alimentate elettricamente a quelle alimentate dal cosiddetto gas incagliato che altrimenti sarebbe sprecato o inutilizzato, il che può anche ridurre affidamento sulla rete elettrica per località remote. In scenari che coinvolgono il metano degli impianti di trattamento delle acque reflue, le stesse acque reflue potrebbero essere utilizzate per fornire azoto e fosforo, oltre che per il raffreddamento.

Se efficienze come queste potessero ridurre del 20% i costi di produzione di una farina di pesce a base di metanotrofi, il processo potrebbe fornire in modo redditizio la domanda globale totale di farina di pesce con il metano catturato solo negli Stati Uniti, secondo lo studio. Allo stesso modo, il processo potrebbe sostituire la soia e i mangimi per animali se si ottenessero ulteriori riduzioni dei costi.

"Nonostante decenni di tentativi, l'industria energetica ha avuto difficoltà a trovare un buon uso per il gas naturale arenato", ha affermato il coautore dello studio Evan David Sherwin, ricercatore post-dottorato in ingegneria delle risorse energetiche a Stanford. "Una volta che abbiamo iniziato a guardare insieme i sistemi energetici e alimentari, è diventato chiaro che avremmo potuto risolvere almeno due problemi di vecchia data contemporaneamente".