Biocarburanti di nuova generazione: il potenziale delle alghe

In un contesto di crescente urgenza per la transizione energetica e per la riduzione dell’impronta di carbonio, il ruolo che potenzialmente alghe (macro e micro alghe) potrebbero giocare, ha attirato l’attenzione già da oltre un decennio come possibile risorsa per la produzione di biocarburanti innovativi e a basso impatto ambientale.

L’impiego di alghe è già previsto dalla Directive (EU) 2023/2413 (RED III) come feedstock per advanced biofuels (Annex IX, Part A, a) “Algae if cultivated on land in ponds or photobioreactors”). Le alghe, infatti, costituiscono una delle fonti più interessanti per la generazione di biofuel di terza e quarta generazione (quest’ultima qualora si includano anche tecnologie di bioingegneria e fotosintesi artificiale).

Le alghe possono crescere più rapidamente su terreni non coltivabili, a differenza delle colture tradizionali per biocarburanti (come mais, soia, palma), utilizzando acque saline o reflue e catturando anidride carbonica durante la crescita. La coltivazione delle alghe non richiede suolo agricolo e non entra in competizione con le superfici destinate alla produzione alimentare, contribuendo così a ridurre il rischio di ILUC (Indirect Land Use Change) e il tradizionale conflitto “cibo vs carburante”.

In base ai principali studi disponibili, la produzione di 1 kg di biomassa microalgale comporta un assorbimento medio di circa 1,8 kg di CO₂ atmosferica. Naturalmente, il tasso di crescita e la composizione biochimica delle alghe variano tra le specie e sono generalmente influenzati dalle condizioni di coltivazione come il pH, la temperatura e disponibilità di nutrienti (azoto, fosforo, potassio) e micronutrienti (ferro, cobalto, boro).

Percorsi di conversione per i biocarburanti da Macro e Micro alghe

La distinzione tra i due tipi di alghe non consiste solo nelle dimensioni, ma si ripercuote anche sulle applicazioni in termini di produzione di biofuel.

Le macroalghe (come Laminaria, Ulva, Gracilaria) sono organismi pluricellulari fino a metri di lunghezza, che crescono ancorati a substrati marini, in mare o in vasche costiere, con tempi relativamente lenti (settimane o mesi). Sono ricchi in zuccheri complessi (fino al 60%), e pertanto più indicati per la produzione di bioetanolo per fermentazione.

Le microalghe (come Chlorella, Nannochloropsis, Spirulina, Chlamydomonas) sono organismi unicellulari dalla lunghezza compresa tra 1 e100 µm, ricchi in lipidi per una quota variabile tra il 20 e l’80% della biomassa secca. Per tale ragione sono particolarmente indicate per la produzione di biodiesel, tramite estrazione lipidica e trans-esterificazione/hydrotreating.

È stato valutato che le microalghe possono produrre dalle 10 alle 30 volte più biodiesel per ettaro/anno rispetto a colture terrestri” come jatropha o soia.

Metodi di coltivazione

Esistono essenzialmente due sistemi di coltivazione delle alghe: vasche aperte (open ponds) e sistemi chiusi, come I fotobioreattori (PBR, photobioreactors), oltre a sistemi ibridi. 

Le PBR permettono un controllo maggiore delle condizioni (luce, CO₂, nutrienti), ma hanno costi più elevati. Sono tipicamente pensate per microalghe, la cui resa lipidica è massimizzata regolando i parametri di coltivazione ottimali.

Terminata la coltivazione, la biomassa algale viene raccolta con tecniche come flocculazione, filtrazione e centrifugazione.

Sfide tecnologiche, economiche e ambientali

La produzione di biofuel da alghe su larga scala richiede di ripensare l’intero ciclo produttivo sul modello delle “hybrid biofactories”, cioè sistemi biotecnologici integrati per la produzione di biocarburanti che combinano microalghe con microbiomi ingegnerizzati come batteri, lieviti o altri microrganismi modificati, per migliorare la stabilità della produzione e ridurre l’esposizione a contaminazioni e a variazioni climatiche. È stato valutato che nelle hybrid biofactories è possibile raggiungere valori di resa per microalghe tra i 20'000 e gli 80’000 L/ha/anno, in base alle condizioni di coltivazione.

Nonostante il potenziale, la produzione commerciale su larga scala di biocarburanti da alghe è ancora ostacolata da costi elevati e questioni tecniche, come l’energia richiesta per il raccolto e la conversione, la disponibilità di nutrienti e acqua, oltre alla la valutazione dell’intero ciclo di vita ambientale. In particolare, anche se le alghe non richiedono necessariamente terreno agricolo competitivo, possono richiedere acqua, nutrienti e infrastrutture dedicate che ne riducono l’efficienza complessiva se non ben progettate.

Secondo l’ultimo report pubblicato da Concawe nel 2025, il minimum fuel selling price (MFSP) medio di biofuel da alghe coltivate in open pond è di 2.2€/L, mentre per biofuel PBR il valore sale ad un range di 4.5-4.8 €/L. Per comparazione, l’HVO (hydrotreated vegetable oil, cioè il biocarburante prodotto attraverso processi di idrotrattamento) commerciale nel mercato UE ha un MFSP nel range di 1.0-1.3 €/L (prezzi 2022).

Considerando i risultati in relazione ai costi di alternative consolidate come il diesel fossile, l'HVO/HEFA (hydroprocessed esters and fatty acids) commerciale e i biocarburanti liquidi derivati dal processo di gassificazione e Fischer-Tropsch utilizzando materie prime lignocellulosiche, diventa evidente che nella maggior parte dei casi la produzione di biocarburante dalle microalghe risulta ancora oggi più costosa. E sarà proprio nel tentativo di colmare questo divario che si deciderà il futuro dei biocarburanti algali.

Reference

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