Produzione di etanolo dal siero di latte
Una soluzione sostenibile per la gestione dei rifiuti
La crescente domanda di pratiche sostenibili nelle industrie di tutto il mondo ha alimentato l’interesse per la produzione di biocarburanti da risorse rinnovabili. Il siero di latte, un sottoprodotto della produzione di formaggio, è emerso come una risorsa promettente per la produzione di bioetanolo. Con oltre 55 milioni di tonnellate di siero di formaggio prodotte ogni anno nell’Unione Europea, la gestione dei suoi rifiuti presenta sfide ambientali significative. Questo articolo, scritto da Mattia Colacicco, Claudia De Micco, Stefano Macrelli, Gennaro Agrimi, Matty Janssen, Maurizio Bettiga e Isabella Pisano, esplora un recente studio sulla fattibilità tecno-economica della fermentazione di etanolo dal siero di formaggio, utilizzando una simulazione su scala industriale.
Il siero del formaggio: Un problema ambientale
Il siero di latte è un sottoprodotto ricco di lattosio del processo di produzione del formaggio. Nel 2020, la sola Italia ha prodotto oltre 10 milioni di tonnellate di siero di formaggio, soprattutto dalle regioni settentrionali come la Lombardia e l’Emilia-Romagna. Precedentemente scartato o utilizzato come fertilizzante, il siero di latte richiede oggi metodi di smaltimento più responsabili in base alle moderne normative ambientali. A causa della sua elevata richiesta biochimica e chimica di ossigeno (BOD e COD), il suo smaltimento è strettamente regolamentato per mitigare gli impatti ambientali.
Da rifiuto a risorsa: Etanolo dal siero di latte
Grazie ai progressi della tecnologia dei biocarburanti, il siero di latte del formaggio può ora essere lavorato per estrarre valore dal suo ricco profilo nutritivo. Il bioetanolo, prodotto attraverso la fermentazione del lattosio presente nel siero del formaggio, offre un’alternativa sostenibile ai carburanti derivati dal petrolio. Lo studio esplora i metodi per trattare il siero di latte come materia prima per la produzione di etanolo utilizzando Kluyveromyces marxianus, un ceppo di lievito ben adatto alla fermentazione del lattosio.
Il processo: Dalla filtrazione alla fermentazione
Lo studio ha simulato un impianto industriale situato in Puglia, Italia, con la capacità di lavorare 539 m³ di siero di latte al giorno, corrispondenti alla metà della disponibilità giornaliera della regione. Il modello comprendeva tre fasi principali:
1. Pretrattamento tramite filtrazione a membrana: Questa fase recupera le proteine concentrate del siero (WPC) e isola il lattosio per la fermentazione.- 2. Fermentazione e produzione di etanolo: La frazione ricca di lattosio viene fermentata con Kluyveromyces marxianus per produrre etanolo.
- 3. Trattamento dei rifiuti e recupero energetico: La digestione anaerobica tratta i residui organici, producendo biogas che viene convertito in elettricità e calore.
Attraverso questo processo, oltre all’etanolo, si producono sottoprodotti preziosi come WPC e ammendanti, riducendo i rifiuti e generando ulteriori entrate.
Valutazione tecnico-economica: Valutazione della fattibilità
Lo studio ha condotto una valutazione tecnico-economica completa (TEA) per valutare la fattibilità del processo di produzione di etanolo. Sono stati modellati tre diversi scenari, con diverse rese di etanolo e concentrazioni di lattosio. Il parametro chiave utilizzato per valutare la fattibilità economica è stato il prezzo minimo di vendita dell’etanolo (MESP).
Scenario 1 (S1): Resa di etanolo di 0,48 g/g di lattosio, con un MESP di 2,57 €/kg.- Scenario 2 (S2): Maggiore concentrazione di lattosio e una resa leggermente inferiore di 0,35 g/g, con un MESP inferiore a 1,88 €/kg.
- Scenario 3 (S3): Ottimizzato per una resa più elevata (0,45 g/g), con il risultato di un MESP più competitivo di 1,43 €/kg.
Analisi di sensibilità: Impatto dei fattori economici
Uno dei risultati fondamentali dello studio è la sensibilità del prezzo dell’etanolo ai fattori economici esterni. Sono stati analizzati diversi parametri chiave per capire la loro influenza sul MESP finale:
Prezzi del siero di latte: Il trattamento del siero di latte come credito (attraverso le tariffe) o come costo (come materia prima) ha avuto un impatto significativo sui MESP. Le tariffe di ingresso, che sono imposte dalla regione per pagare le aziende che gestiscono i rifiuti, potrebbero portare i prezzi dell’etanolo al di sotto dei valori di mercato, soprattutto in S2 e S3.
Costo di acquisto delle attrezzature: Il costo associato all’acquisto, alla costruzione e all’installazione delle attrezzature, in particolare dei fermentatori, ha avuto un impatto importante sui PMS. Una leggera riduzione del prezzo di acquisto potrebbe portare i PMS a un livello competitivo.
Costi dell’energia e delle utenze: L’energia necessaria per trasformare il siero di latte in etanolo è un altro fattore critico. Il modello ha evidenziato come la dipendenza di un impianto dalla rete elettrica o la sua capacità di generare energia internamente (attraverso il biogas) possa influire sui costi complessivi di produzione.
Attraverso un’analisi di scenario, lo studio ha dimostrato che l’integrazione del trattamento del siero di formaggio nei processi lattiero-caseari esistenti potrebbe ridurre ulteriormente i costi, soprattutto se combinata con politiche favorevoli come le tasse di ingresso per lo smaltimento del siero.
Analisi di sensibilità: Impatto dei fattori economici
Uno dei risultati fondamentali dello studio è la sensibilità del prezzo dell’etanolo ai fattori economici esterni. Sono stati analizzati diversi parametri chiave per capire la loro influenza sul MESP finale:
Prezzi del siero di latte: Il trattamento del siero di latte come credito (attraverso le tariffe) o come costo (come materia prima) ha avuto un impatto significativo sui MESP. Le tariffe di ingresso, che sono imposte dalla regione per pagare le aziende che gestiscono i rifiuti, potrebbero portare i prezzi dell’etanolo al di sotto dei valori di mercato, soprattutto in S2 e S3.
Costo di acquisto delle attrezzature: Il costo associato all’acquisto, alla costruzione e all’installazione delle attrezzature, in particolare dei fermentatori, ha avuto un impatto importante sui PMS. Una leggera riduzione del prezzo di acquisto potrebbe portare i PMS a un livello competitivo.
Costi dell’energia e delle utenze: L’energia necessaria per trasformare il siero di latte in etanolo è un altro fattore critico. Il modello ha evidenziato come la dipendenza di un impianto dalla rete elettrica o la sua capacità di generare energia internamente (attraverso il biogas) possa influire sui costi complessivi di produzione.
Attraverso un’analisi di scenario, lo studio ha dimostrato che l’integrazione del trattamento del siero di formaggio nei processi lattiero-caseari esistenti potrebbe ridurre ulteriormente i costi, soprattutto se combinata con politiche favorevoli come le tasse di ingresso per lo smaltimento del siero.
Conclusioni: La strada da percorrere per la produzione di etanolo da siero di latte
La produzione di etanolo da siero di latte offre un duplice vantaggio: una gestione efficace dei rifiuti e un percorso praticabile per la produzione di energia rinnovabile. Con le analisi tecno-economiche che indicano prezzi competitivi per l’etanolo in scenari ottimizzati, il potenziale per l’aumento di scala di questo processo è evidente. Tuttavia, la fattibilità economica rimane strettamente legata ai quadri politici che sostengono la valorizzazione dei rifiuti attraverso meccanismi come le tasse di ingresso e i crediti energetici. Poiché le industrie e i governi continuano a dare priorità alla sostenibilità, il bioetanolo da siero di latte potrebbe diventare una pietra miliare dell’industria dei biocarburanti.
Questo testo è un estratto di un articolo pubblicato con il seguente riferimento: “Colacicco, M., De Micco, C., Macrelli, S. et al. Process scale-up simulation and techno-economic assessment of ethanol fermentation from cheese whey. Biotechnol Biofuels 17, 124 (2024)”
Il testo può essere letto interamente a questo link. Volete saperne di più sull’economia circolare e sui suoi temi? Visitate il blog di Tondo!
