I batteri come fonte di energia

Perché non lavorate direttamente con questi microbi, ma con i batteri E. coli?

L'Escherichia coli è in realtà un batterio intestinale. Tuttavia, si è affermato da tempo nella scienza come organismo modello, quindi è molto ben studiato e facile da gestire. Nei miei progetti ho sempre lavorato con l'E. coli. In questo caso, non doveva essere l'applicazione finale, ma solo per avviare il progetto. Ma poi ci siamo resi conto che l'E. coli ha dei vantaggi reali. Può crescere su diversi substrati, quindi può utilizzare fonti alimentari molto diverse. Abbiamo confrontato questa capacità con quella dei microbi presenti in natura, coltivando entrambi i microbi nelle acque reflue di un birrificio di Losanna. L'E. coli era felice, mentre l'organismo naturale era molto esigente e moriva. Forse mancava una fonte di cibo o un altro fattore come il valore del pH non era corretto.

Lei ha costruito il macchinario per produrre elettricità da questi microbi nell'E. coli. Come lo descrivereste?

Forse l'e-bike è un'immagine esemplificativa: si vuole una bicicletta in grado di generare elettricità - e si costruiscono parti di un motore per essa. Di conseguenza, abbiamo preso le proteine dai microbi naturalmente elettrici e le abbiamo trasferite nell'E. coli. L'operazione ha richiesto molto tempo, ma ha funzionato e ha sollevato una questione importante. Non è il batterio che ha bisogno di elettricità, ma noi esseri umani. Dal punto di vista dell'E. coli, la produzione di elettricità è quindi uno spreco di energia che potrebbe essere utilizzata in altri modi. Quindi il microbo avrebbe semplicemente spento la via metabolica in questione nel corso del tempo? Tuttavia, i nostri test hanno riservato una sorpresa. Sembra che l'E. coli cresca meglio in un ambiente privo di ossigeno con l'elettricità che senza.
È quindi possibile che il meccanismo sia vantaggioso in determinate condizioni.

Quali applicazioni potrebbe fornire l'E.coli elettrica?

Non vedo un limite alla varietà delle aree di applicazione. Al momento sono particolarmente interessanti le applicazioni nel settore energetico, nella tecnologia ambientale e nell'industria chimica. Un'applicazione chiave è, ovviamente, la generazione di energia. Quando si tratta di accendere una lampada, i microbi non sono abbastanza veloci per produrre elettricità a sufficienza. In questo caso continueremo ad avere bisogno di energia immagazzinata. Quindi i microbi non potrebbero sostituire l'intero sistema, ma potrebbero essere un'aggiunta importante. Penso che sarebbero in grado di sostituire molti dei processi esistenti, eliminando in parte la generazione di elettricità. Fondamentalmente, al momento si tratta ancora di una sorta di fase intermedia. Produciamo elettricità per poterla poi utilizzare per molti scopi diversi. Le due fasi sono separate, quindi dobbiamo immagazzinare l'elettricità per un uso successivo. Questo è ancora un problema con il fotovoltaico, per esempio. I batteri, invece, potrebbero essere utilizzati per processi come il trattamento delle acque reflue, producendo allo stesso tempo elettricità. Si tratterebbe di una sorta di economia circolare.

Lei e il suo gruppo state lavorando a queste applicazioni pratiche?

Questo settore ha un grande potenziale, ed è per questo che due ricercatori del mio team, il dottor Mohammed Mouhib e la dottoressa Melania Reggente, stanno sviluppando un prototipo per l'industria alimentare. A questo proposito, stiamo lavorando per fondare una start-up. Vedo un'opportunità di mercato ed è per questo che sto insistendo. Attualmente, le persone scaricano semplicemente i rifiuti. Le acque reflue vengono poi trattate negli impianti di depurazione ma non utilizzate. Si tratta di un'opportunità mancata, perché i microbi potrebbero utilizzarle. E i batteri stessi sono economici. Ora si tratta solo di avere il capitale necessario per iniziare. Vorremmo anche lavorare con l'industria alimentare e commissionare un impianto pilota. Tutte le aziende che hanno questo tipo di acque reflue ne trarrebbero beneficio e potrebbero ridurre la propria impronta di carbonio. Ma ci sono molte altre idee, tra cui i biosensori. Potremmo coltivare ceppi di E. coli che utilizzano solo un substrato come una determinata sostanza chimica. Se poi producono elettricità, questo sarebbe un segnale della presenza della sostanza, che potrebbe indicare una contaminazione.

Cosa ha fatto pendere la bilancia verso l'EPFL come ambiente per la sua scienza?

Fin da bambino ero interessato ai batteri con abilità speciali, come la produzione di elettricità. Ma io sono un ingegnere chimico. Perché qualcuno dovrebbe darmi dei soldi per fare biologia? Inoltre, il mio progetto era considerato molto rischioso. Tuttavia, l'EPFL ha un proprio programma di finanziamento per questi approcci. Ciò significa che le idee vengono testate e i risultati iniziali confluiscono nelle richieste di ulteriori sovvenzioni. In altre parole, l'EPFL mi ha dato l'opportunità di essere flessibile. Ho potuto lavorare al di fuori della mia area di specializzazione e quindi ampliarla. E questo ha significato molto.

La tecnologia è molto promettente. Quanto è grande la concorrenza?

Non è bello lavorare su qualcosa da soli, perché può significare che non c'è abbastanza potenziale. Quando ho iniziato questo lavoro, non c'era una vera concorrenza. Ma ora alcune persone ci seguono e soprattutto i giovani scienziati basano le loro idee sui nostri sviluppi. Lo trovo entusiasmante perché pensano in modo diverso da me e forse prendono strade completamente diverse. Credo davvero che il mondo ne trarrà beneficio. Più menti lavorano su un problema, meglio è.

Questo contenuto è stato prodotto dal team editoriale di Sustainable Switzerland per conto dell'EPFL.