Potenzialità e controllo di colture di diatomee marine per la produzione di biomasse energetiche

Vella, Filomena Monica (2011) Potenzialità e controllo di colture di diatomee marine per la produzione di biomasse energetiche. [Tesi di dottorato] (Inedito)

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Abstract

Le diatomee sono eucarioti unicellulari fotosintetici provvisti di una teca esterna di materiale siliceo. Questi protisti, erroneamente assimilati alle microalghe verdi, sono responsabili di improvvise e massive crescite, note come bloom, negli oceani e nei mari del pianeta. Il fenomeno, che rappresenta uno dei principali meccanismi attraverso cui avviene la fissazione del carbonio sulla terra, è alla base della catena trofica marina e contribuisce al sequestro di circa il 40% dell’anidride carbonica globale. Nonostante questo ruolo, i fattori fisiologici e biochimici che determinano l’inizio e la fine dei bloom sono poco noti. Tuttavia la capacità “fisiologica” di sviluppare biomasse è di grande interesse per la possibilità di un loro utilizzo come fonte di composti bioattivi e per la produzione di energia. In particolare, poiché i lipidi delle microalghe sono utilizzabili come succedanei del petrolio, questi organismi unicellulari sono oggetto da circa 15 anni di un’attiva ricerca per la selezione e crescita di specie per la produzione di biodiesel. Ne consegue che studi sui fattori chimico-fisici e metabolici che controllano la crescita delle microalghe, soprattutto nel caso delle diatomee, sono propedeutici per lo sviluppo di un sistema per la produzione di energia rinnovabile ed eco-compatibile. In questa tesi dottorale è stato eseguito uno studio molto ampio che ha compreso la selezione delle specie, l’utilizzo di fotobioreattori di diversa geometria con tre specie modello (Thalassiosira weissflogii, Cyclotella cryptica e Nannochloropsis salina), la sperimentazione in campo per un anno della crescita della diatomea Thalassiosira weissflogii e la resa energetica dei componenti della biomassa prodotta su circa venti differenti ceppi o strain. Durante questo lavoro, sono state anche messe a punto tecniche analitiche per la valutazione della produttività delle microalghe e, soprattutto, sono state osservate le variazioni delle crescite e dei componenti della biomassa in funzione di nutrienti, inibitori metabolici e parametrici chimico-fisici. Complessivamente gli studi hanno messo in evidenza che, su ventuno microalghe, due specie di diatomee, Thalassiosira weissflogii e Cyclotella cryptica, e la microalga verde Nannochloropsis salina coniugano, in condizioni fisiologiche, una buona stabilità biologica con discreta produttività di biomassa (circa 30 mg/L/giorno) e buona produttività lipidica (vicino al 35% del peso secco per le due diatomee). Successivi studi su fotobioreattori da 60 L hanno confermato questi dati, indicando che specialmente la Thalassiosira weissflogii offre una serie di vantaggi tecnologici (velocità di sedimentazione, resistenza a contaminazione biologica, tolleranza a condizioni estreme di temperatura e di luce) e biologici (efficiente assorbimento di anidride carbonica, assenza di fotoinibizione, produzione di polisaccaridi solubili, alti livelli di trigliceridi). La sperimentazione di questa microalga in campo per un anno (Settembre 2009 – Luglio 2010) ha consentito di ottenere una produzione lipidica media giornaliera di circa 10 mg/L/giorno, che potenzialmente corrisponde a più di 6 tonnellate di biodiesel per ettaro/anno. Sono stati effettuati anche studi riguardo il comportamento della microalga ad alte concentrazioni di gas clima-alteranti, valutando il loro effetto sulla fisiologia e sul metabolismo dei tre ceppi algali selezionati per questo lavoro di tesi dottorale. Le microalghe si sono dimostrate molto tolleranti ed in grado di assorbire grandi quantità dei gas. Per quello che sappiamo, è il primo studio di questo tipo fatto in Italia con una diatomea di tipo centrico. I risultati dei dati rappresentano una base importante per successivi studi in campo con prototipi pre-industriali.

Tipologia di documento:Tesi di dottorato
Parole chiave:energia rinnovabile - metabolismo - lipidi
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 05 Scienze biologiche > BIO/04 FISIOLOGIA VEGETALE
Coordinatori della Scuola di dottorato:
Coordinatore del Corso di dottoratoe-mail (se nota)
Ricca, Ezio
Tutor della Scuola di dottorato:
Tutor del Corso di dottoratoe-mail (se nota)
Fontana, Angeloafontana@icb.cnr.it
Stato del full text:Accessibile
Data:29 Novembre 2011
Numero di pagine:163
Istituzione:Università di Napoli Federico II
Dipartimento o Struttura:Biologia strutturale e funzionale
Stato dell'Eprint:Inedito
Scuola di dottorato:Scienze biologiche
Denominazione del dottorato:Biologia applicata
Ciclo di dottorato:24
Numero di sistema:8659
Depositato il:06 Dicembre 2011 10:47
Ultima modifica:18 Giugno 2012 10:37

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