Produrre elettricità verde con le piume di pollo

Trasformare gli scarti della produzione alimentare in energia pulita: i ricercatori del Politecnico di Zurigo e della Nanyang Technological University utilizzano le piume di pollo per rendere le celle a combustibile più economiche e sostenibili.

L’industria alimentare produce enormi quantità di rifiuti e sottoprodotti, compresa la produzione di pollame. Ogni anno, circa 40 milioni di tonnellate di piume di pollo vengono incenerite. Questo non solo rilascia grandi quantità di CO₂, ma anche gas tossici come il biossido di zolfo.

I ricercatori del Politecnico di Zurigo e della Singapore University of Technology (NTU) hanno ora trovato un modo per fare buon uso di queste piume. Con l’aiuto di un processo semplice ed ecologico, hanno estratto la proteina cheratina dalle piume e l’hanno convertita in fibre finissime, le cosiddette fibrille amiloidi. Queste fibrille di cheratina vengono infine utilizzate nella membrana di una cella a combustibile.

Le celle a combustibile generano elettricità senza CO₂ da idrogeno e ossigeno, rilasciando solo calore e acqua. In futuro potrebbero svolgere un ruolo importante come fonte di energia sostenibile. Il cuore di ogni cella a combustibile è una membrana semipermeabile. Essa consente il passaggio dei protoni ma blocca gli elettroni, costringendoli a fluire attraverso un circuito esterno dall’anodo con carica negativa al catodo con carica positiva, generando elettricità.

Farebuon uso dei rifiuti industriali

Nelle celle a combustibile convenzionali, finora per queste membrane sono state utilizzate sostanze chimiche altamente tossiche ("forever chemicals"). Sono costose e non si degradano nell’ambiente. La membrana sviluppata dai ricercatori dell’ETH e dell’NTU, invece, è costituita principalmente da cheratina biologica, che è ecologica e disponibile in grandi quantità: le piume di pollo sono composte per il 90% da cheratina. Di conseguenza, la membrana è già fino a tre volte più economica delle membrane convenzionali quando viene prodotta in laboratorio.

"Per diversi anni ho svolto un’intensa attività di ricerca su diversi modi di utilizzare gli scarti alimentari per i sistemi di energia rinnovabile", afferma Raffaele Mezzenga, professore di Materiali alimentari e morbidi al Politecnico di Zurigo. "Con il nostro ultimo sviluppo, stiamo chiudendo un cerchio: lo stesso materiale che rilascia CO₂ e gas tossici quando viene bruciato, sostituisce i materiali tossici nel suo nuovo luogo di azione e impedisce anche il rilascio di_CO2, migliorando così il bilancio di CO₂", afferma Mezzenga.

Uso versatile

Tuttavia, per affermare l’idrogeno come fonte energetica sostenibile, è necessario superare altre sfide. "L’idrogeno è l’elemento più abbondante nell’universo, ma purtroppo non sulla Terra", afferma Mezzenga. Poiché l’idrogeno non è presente in forma pura, deve essere prodotto con un grande dispendio di energia. Anche in questo caso, la nuova membrana potrebbe essere utile in futuro, perché può essere utilizzata non solo nelle celle a combustibile, ma anche nella scissione dell’acqua.

Nella cosiddetta elettrolisi, la corrente continua viene fatta passare attraverso l’acqua, dove si forma ossigeno all’anodo, che questa volta è caricato positivamente, mentre l’idrogeno fuoriesce al catodo, caricato negativamente. L’acqua pura non è abbastanza conduttiva per questo processo e spesso richiede l’aggiunta di acidi. La nuova membrana, tuttavia, è permeabile ai protoni e consente quindi la migrazione delle particelle tra anodo e catodo necessaria per la scissione dell’acqua, anche in acqua pura.

In attesa di brevetto

In una fase successiva, i ricercatori studieranno la stabilità e la durata della membrana di cheratina e, se necessario, la miglioreranno. Il team di ricerca ha già richiesto congiuntamente un brevetto per la membrana ed è ora alla ricerca di investitori o aziende per sviluppare ulteriormente la tecnologia e portarla sul mercato.