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- 1. Biotecnologie bianche Alessio Di Meo – Edoardo Mammarella – Stefano Serafini
- 2. Introduzione alle Biotecnologie La biotecnologia è una branca della biologia riguardante l'utilizzo di esseri viventi al fine di ottenere beni o servizi utili al soddisfacimento dei bisogni della società. Oggi le moderne biotecnologie, affinate ed evolute, rappresentan o lo strumento per il raggiungimento di traguardi fino a qualche anno fa totalmente inimmaginabili. Permettono di dare cure risolutive a malattie che erano prive di tr attamenti efficaci, di offrire terapie personalizzate e diagnosi tem pestive, di migliorare le varietà vegetali, preservando la biodiversi tà. Ma anche di lavorare allo sviluppo di un sistema produttivo basat o su fonti primarie alternative al petrolio, di avere prodotti eco- compatibili e processi con minore o nessun impatto ambientale, solo per citare una minima parte degli innumerevoli ambiti di ap plicazione di queste straordinarie tecnologie.
- 3. Cosa sono le Biotecnologie bianche? • Le biotecnologie bianche sono le biotecnologie atte alla progettazione di processi e prodotti i nnovativi con lo scopo di abbassare i costi in te rmini di risorse spese, energia utilizzata ed inq uinamento prodotto rispetto ai processi tradizi onali. • La biolotecnologia bianca utilizza cellule viventi (lieviti, muffe, batteri, piante) ed enzimi per sin tetizzare prodotti che sono facilmente degrad abili, richiedono meno energia e creano meno rifiuti durante la loro produzione. • I settori di applicazione possono essere quello alimentare, cosmetico o energetico, ma le trovi amo applicate anche all’industria chimica, auto mobilistica, della plastica, tessile, cartacea, far maceutica.
- 4. Biotecnologie bianche Le cosiddette ‘biotecnologie bianche’ sono divise in due macroaree: -------> chimica fine (bio-molecole e biomateriali) -------> produzione di bio-energia (bio-combustibili). Esse trovano innumerevoli usi industriali. Tutte le applicazioni condividono un fondamento scientifico e tecnologico comune: partendo da materiali rinnovabili o di scarto come materia prima, utilizzano dei microrganismi (anche geneticamente modificati) ed enzimi per ottenere prodotti in modo sostenibile
- 5. L'impatto delle biotecnologie bianche sull'ambiente Attraverso l’uso di queste tecnologie i processi chimici convenzionali potranno conoscere, nei prossimi anni, una profonda trasformazione risolvendo molte delle problematiche di pubblico interesse. In un contesto socio-economico sempre più orientato a un concetto di sostenibilità ambientale, l’impulso che sarà dato all’industria chimica dai processi biotecnologici costituirà un fondamentale elemento di innovazione non solo nella catena industriale, ma anche nel panorama della protezione dell’ambiente. Queste tecnologie, infatti, garantiscono un consumo ridotto di energia e acqua, limitano la produzione di scarti e producono una minore quantita di CO2.
- 6. Biomateriali innovativi Alcuni Paesi stanno investendo molto sulle BI, primi tra tutti Stati Uniti e Giappone. La prima importante e tangibile cons eguenza di tali investimenti è stata lo sviluppo di bioprocessi e conseguente commercializzazione di due biomateriali innovativi, entrambi prodotti a partire da m aterie prime rinnovabili, come il glucosio derivato dal mais: • a) Sorona 3GT, una nuova fibra sintetica poliesterica che utilizza come monomero l’1,3- propandiolo ottenuto per via fermentativa con un microrganismo opportunamente ingegnerizzato; • b) NatureWorks, una plastica biodegradabile a base di PLA (acido polilattico), il cui monomero è invece ottenuto utilizzando ceppi selvatici;
- 7. Missioni delle BI Le biotecnologie bianche si propongono quindi di rispondere alle seguenti primarie esigenze di ogni società moderna: • Agricoltura: contribuendo ad identificare nuove colture atte a produrre materie prime di elevata qualità per le biotecnologie bianche, ed offrendo un’occasione di sviluppo. • Ambiente: sviluppando nuove tecnologie che non abbiano effetti negativi su suolo, acque, aria e salute pubblica, ma piuttosto producano effetti positivi sull’ambiente attraverso l’individuazione di alternative eco-compatibili maggiormente sostenibili. • Economia: promuovendo lo sviluppo di nuovi settori di mercato per la commercializzazione di nuove tecnologie emergenti, nuovi prodotti e/o processi. • Educazione: fornendo alle istituzioni, alle industrie ed al pubblico informazioni adeguate. Una pubblica opinione correttamente informata è critica nel processo di decision-making. • Scienza e tecnologia: accelerando lo sviluppo di tecnologie industriali capaci di superare le sfide poste dalla competizione con particolare riferimento ai Paesi emergenti quali quelli asiatici.
- 8. Esempi di biomateriali Tipica applicazione delle biotecnologie nel settore industriale è la produzione di biomateriali, anche essi in grado di sostituire la plastica tradizionale, di origine fossile: la bioplastica, per esempio, è ricavata in prevalenza da materiale organico, consente di ridurre l’impatto ambientale, apportando vantaggi significativi al ciclo produzione-consumo-smaltimento, ed è prodotta a partire da materie prime rinnovabili, oppure è biodegradabile, e si decompone in tempi brevissimi, o ha entrambe le proprietà. Ognuno di noi utilizza quotidianamente questi biomateriali: i sacchetti per la spesa, altri imballaggi per gli alimenti, le capsule per il caffè, le stoviglie monouso, i mattoncini da gioco per i bambini così come alcune componenti delle auto. Esempi di questo tipo di applicazione sono la produzione di Biocarburanti( Bio-etanolo,Bio-diesel,Bio-gas,Biomasse)Bio- solventi (etanolo, butanolo, acetone, ecc.)Bio-pesticidi, bio- insetticidi, bio-erbicidi.
- 9. Stone wash Un’applicazione interessante è quella dell’effetto “consumato” (stone wash) tipico del tessuto dei jeans, ovvero il denim. In passato si utilizzava la pietra pomice al fine di introdurre abrasioni sul tessuto o schiarirne il colore. Oggi invece enzimi chiamati cellulasi sono in grado di compiere la stessa operazione in maniera più veloce e controllata, tanto da introdurre una scala di tonalità a seconda della concentrazione di enzima utilizzato. Sempre nell’industria tessile, enzimi come catalasi, laccasi e perossidasi permettono l’eliminazione dell’acqua ossigenata e il trattamento dei coloranti nelle fasi di candeggio e tintura. Nel settore conciario, invece, lipasi e proteasi facilitano passaggi di produzione del cuoio e delle pelli come la macerazione e lo sgrassamento. In maniera simile altri enzimi sono stati introdotti nel settore cartiero nelle fasi di sbiancamento e disinchiostramento.
- 10. Vantaggi dello stone wash Alcuni dei principali vantaggi offerti dallo stone wash enzimatico rispetto al solo uso di pietra pomice, sono i seguenti: 1. tempi di trattamento ridotti; 2. minimizzo dei danni alle macchine; 3. aumentata carica delle macchine per ogni ciclo di lavorazione, con aumentata produttività della lavanderia; 4. riduzione delle seconde scelte, dovute a strappi causati dalle pietre; 5. sostanziale diminuzione e perfino eliminazione della produzione di polveri di pomice, da smaltire come rifiuto solido o residuo nelle tasche; 6. maggior costanza e riproducibilità del trattamento di stone wash, con anche maggior flessibilità di trattamenti e di look finali che si possono ottenere; 7. in caso di formulazioni liquide di cellulasi, possibilità di sfruttare sistemi di dosaggio automatici e computerizzati; 8. migliorate condizioni ambientali e di lavoro in lavanderia.