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nicola.difidio91@gmail.com
Nicola Di Fidio
+39 3299740251
Dott. Nicola Di Fidio
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https://dscm.dcci.unipi.it/dottorandi/cic
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Contatti:
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Nuovi modelli di economia circolare basati sulla microbiologia industriale ed ambientale

  • 1. NUOVI MODELLI DI ECONOMIA CIRCOLARE BASATI SULLA MICROBIOLOGIA INDUSTRIALE ED AMBIENTALE Dott. DI FIDIO NICOLA - Microbiologia Italia Dottorando in Scienze Chimiche e dei Materiali (Università di Pisa) 15 febbraio 2021
  • 2. IL CONCETTO DI ECONOMIA CIRCOLARE Economia lineare Economia del riciclo Economia circolare Materia prima Produzion e Uso Rifiuto Materia prima Produzion e Uso Rifiuto Riciclo Materia prima Produzion e Uso Rifiuto Riciclo Morseletto, P . (2020). Targets for a circular economy. Resources, Conservation and Recycling, 153, 104553.
  • 3. LE SFIDE DEL FUTURO: COME RISOLVERE ALCUNE PROBLEMATICHE GLOBALI? • Spreco di risorse alimentari • Utilizzo delle risorse rinnovabili: alimentazione o energia? • Inquinamento ambientale e cambiamenti climatici • Depauperamento delle risorse fossili
  • 4. I CONCETTI DI BIOECONOMIA E BIORAFFINERIA Raffineria tradizionale Bioraffineria de Jong, E., Jungmeier, G. (2015). Biorefinery concepts in comparison to petrochemical refineries. Industrial Biorefineries & White Biotechnology.
  • 5. I CONCETTI DI BIOECONOMIA E BIORAFFINERIA Schema di bioraffineria ideale Schema di bioraffineria reale
  • 6. SOLUZIONI E BENEFICI • Processi verdi per la produzione di materiali e fonti energetiche ecosostenibili • «Carbon neutrality» - zero emissioni nette di CO2 • Valorizzazione di rifiuti e risorse rinnovabili • Valorizzazione di terreni marginali o inquinati • Nessuna competizione tra settore energetico/chimico e settore alimentare Ronzon, T., Sanjuán, A. I. (2020). Friends or foes? A compatibility assessment of bioeconomy-related Sustainable Development Goals for European policy coherence. Journal of cleaner production, 254, 119832.
  • 7. LA SFIDA ECONOMICA DEI BIOPRODOTTI Piramide del valore Valore per unità di prodotto Quantità di prodotto de Jong, E., Higson, A., Walsh, P ., Wellisch, M. (2012). Bio-based chemicals value added products from biorefineries. IEA Bioenergy, Energia Chimica Nutrizione
  • 8. L’EVOLUZIONE DELLE BIORAFFINERIE • Biomasse edibili Prima generazione • Biomasse non edibili (biomasse lignocellulosiche) Seconda generazione • Alghe e scarti agro-industriali Terza generazione
  • 9. LA CHIMICA DELLE BIOMASSE DI II E III GENERAZIONE Cellulosa Emicellulosa Lignina
  • 10. QUANDO LO SCARTO DIVENTA RISORSA: IL CONTRIBUTO DELLA MICROBIOLOGIA Biomasse Zuccheri Microrganismi Biocarburanti Bioplastiche Prodotti chimici Processo sostenibile a basso impatto ambientale Processi di fermentazione Riciclo di acqua, solventi, catalizzatori
  • 11. BIOCATALISI: LA CHIAVE DI VOLTA PER UNA CHIMICA VERDE E PER BIOPROCESSI SU SCALA INDUSTRIALE https://www.microbiologiaitalia.it/batteriologia/processi-sempre-piu-green-grazie-alla-biocatalisi-industriale/ https://www.microbiologiaitalia.it/batteriologia/biocatalisi-quando-il-chimico-ed-il-microbiologo-sincontrano/ https://www.microbiologiaitalia.it/micologia/biocatalisi-nella-sintesi-organica-un-utile-strumento-per-la- Catalisi enzimatica Processi fermentativi «microbial cell factory»
  • 12. I BIOPROCESSI DEL FUTURO: IL BIOETANOLO https://www.microbiologiaitalia.it/micologia/nuova-vita-in-italia-per-la-prima-bioraffineria-di-seconda- generazione-al-mondo-su-scala-industriale-basata-su-biocatalisi-e-chimica-verde-proesa/ Gírio, F., Marques, S., Pinto, F., Oliveira, A. C., Costa, P ., Reis, A., & Moura, P . (2017). Biorefineries in the World. In Biorefineries. Bioraffineria di Crescentino (Piemonte) prima al mondo per la produzione di bioetanolo di seconda generazione
  • 13. I BIOPROCESSI DEL FUTURO: IL BIOETANOLO https://www.microbiologiaitalia.it/micologia/nuova-vita-in-italia-per-la-prima-bioraffineria-di-seconda- generazione-al-mondo-su-scala-industriale-basata-su-biocatalisi-e-chimica-verde-proesa/ De Bari, I., Liuzzi, F., Villone, A., & Braccio, G. (2013). Hydrolysis of concentrated suspensions of steam pretreated Arundo donax. Applied energy, 102, 179-189. Canna gigante (Arundo donax L.) Combustione della lignina per la produzione di energia Steam Explosion + Idrolisi enzimatica Fermentazione alcolica degli zuccheri
  • 14. I BIOPROCESSI DEL FUTURO: IL BIOETANOLO Arantes, V., & Saddler, J. N. (2010). Access to cellulose limits the efficiency of enzymatic hydrolysis: the role of amorphogenesis. Biotechnology for Biofuels, 3, 1-11. De Bari, I., Liuzzi, F., Villone, A., & Braccio, G. (2013). Hydrolysis of concentrated suspensions of steam pretreated Arundo donax. Applied energy, 102, 179-189. Cellic® CTec2 è una miscela enzimatica commerciale ottenuta dal fungo Trichoderma reesei, costituita da una miscela di endo- ed esocellulasi, β-glucosidasi ed emicellulasi
  • 15. I BIOPROCESSI DEL FUTURO: IL BIOETANOLO Lievito Saccharomyces cerevisiae geneticamente modificato brevettato
  • 16. I BIOPROCESSI DEL FUTURO: IL BIODIESEL Impianto di Livorno Biodiesel di prima generazione da colture alimentari oleaginose Impianto di Modena Biodiesel di seconda generazione da Impianto di Gela Biodiesel di terza generazione da lieviti
  • 17. I BIOPROCESSI DEL FUTURO: IL BIODIESEL Di Fidio, N., Liuzzi, F., Mastrolitti, S., Albergo, R., & De Bari, I. (2019). Single cell oil production from undetoxified Arundo donax L. hydrolysate by Cutaneotrichosporon curvatus. Journal of Microbiology and Biotechnology, 29, 256- 267. Di Fidio, N., Ragaglini, G., Dragoni, F., Antonetti, C., Raspolli Galletti, A. M. (2020). Integrated cascade biorefinery Canna gigante (Arundo donax L.) Combustione della lignina per la produzione di energia Steam Explosion o acidi + Idrolisi enzimatica Fermentazione lipidica degli zuccheri
  • 18. I BIOPROCESSI DEL FUTURO: IL BIODIESEL Cellic® CTec2 da Trichoderma reesei per l’idrolisi enzimatica Lieviti Cryptococcus curvatus e Lipomyces starkeyi per la produzione di biodiesel https://www.microbiologiaitalia.it/micologia/lipomyces-starkeyi-una-cell-factory-per-la-produzione-di-biodiesel-di- nuova-generazione-da-canne-giganti-infestanti/
  • 19. I BIOPROCESSI DEL FUTURO: IL BIODIESEL Di Fidio, N., Dragoni, F., Antonetti, C., De Bari, I., Raspolli, A. M., Ragaglini, G. (2020). From paper mill waste to single cell oil: enzymatic hydrolysis to sugars and their fermentation into microbial oil by the yeast Lipomyces starkeyi. Bioresource Technology, 315, 123790. Carta non riciclabile Combustione della lignina per la produzione di energia Idrolisi enzimatica Fermentazione lipidica degli zuccheri https://www.microbiologiaitalia.it/micologia/carta-non-riciclabile-in-biocarburanti-un-nuovo-schema-di-bioraffineria- ed-economia-circolare/
  • 20. I BIOPROCESSI DEL FUTURO: L’ACIDO POLILATTICO (PLA) Cardo (Cynara cardunculus L.) Combustione della lignina per la produzione di energia Steam Explosion + Idrolisi enzimatica Fermentazione omolattica degli zuccheri Chinthapalli, R., Skoczinski, P ., Carus, M., Baltus, W., de Guzman, D., Käb, H., Ravenstijn, J. (2019). Biobased building blocks and polymers - global capacities, production and trends, 2018-2023. Industrial Biotechnology, 15, 237-241.
  • 21. I BIOPROCESSI DEL FUTURO: L’ACIDO POLILATTICO (PLA) Lactobacillus plantarum Lactobacillus reuteri Lactobacillus brevis Bioplastiche
  • 22. I BIOPROCESSI DEL FUTURO: I BIOSURFATTANTI Chong, H., Li, Q. (2017). Microbial production of rhamnolipids: opportunities, challenges and strategies. Microbial cell factories, 16, 1-12. https://www.microbiologiaitalia.it/batteriologia/un-innovativo-modello-di-bioraffineria-per-la-produzione-di-biosurfattanti/ https://www.microbiologiaitalia.it/batteriologia/ramnolipidi-i-detergenti-del-futuro-finalmente-in-commercio-grazie-alla- sinergia-tra-microbiologia-e-chimica-verde/ RAMNOLIPIDI  RL1 (1 molecola di ramnosio + 2 molecole di acidi grassi)  RL2 (1 molecola di ramnosio + 1 molecola di acido grasso)  RL3 (2 molecole di ramnosio + 2 molecole di acidi grassi)  RL4 (2 molecole di ramnosio + 1 molecola di acido grasso) Pseudomonas putida
  • 23. TAKE-HOME MESSAGES • Vedere gli scarti rinnovabili come risorse • L’unione fa la forza: integrare processi e competenze • Parola chiave: multidisciplinarietà • Realizzare processi ecosostenibili grazie alle biotecnologie industriali e ambientali • Sfruttare l’ampio ventaglio di enzimi e pathway biochimici offerti dalla microbiologia
  • 24. nicola.difidio91@gmail.com Nicola Di Fidio +39 3299740251 Dott. Nicola Di Fidio Biotecnologo industriale ed ambientale https://dscm.dcci.unipi.it/dottorandi/cic li-attivi/ciclo-33/13-phd/53-difidio.html CONTATTI