Buongiorno, è venerdì e questa è TEW #12. Questa settimana parliamo di biomanufacturing e di bioplastiche, anche con l’aiuto di alcuni video. Nella sezione #Carriere, un video ci fa scoprire che una laurea in fisica non serve solo a studiare la fusione nucleare.
Se volete sponsorizzare uno dei prossimi numeri di TEW, scrivetemi. Attendo i vostri commenti e suggerimenti, in fondo trovate il link. Alla prossima settimana.
La reinvenzione dell'industria chimica
A livello globale, la produzione di sostanze chimiche rappresenta il 7% di tutte le emissioni industriali di gas serra. Prima del 2050, l'industria deve dimezzare le proprie emissioni, quadruplicando allo stesso tempo la produzione per soddisfare la crescente domanda.
Magari non ce ne rendiamo conto, ma l'industria chimica influenza molti più aspetti della nostra vita che gli esperimenti di laboratorio o complessi processi industriali. Infatti, oltre il 96% di tutto quello che viene prodotto è direttamente toccato dall'industria chimica.
In altre parole, l'industria chimica influenza tutto, dal nostro approvvigionamento idrico, cibo, abitazione, abbigliamento, assistenza sanitaria, tecnologia e persino il modo in cui ci spostiamo - in pratica, tutto.
Negli ultimi anni, i progressi nel campo rivoluzionario della biologia sintetica hanno avviato una profonda trasformazione nell'industria chimica e oltre. Non esiste una definizione precisa di biologia sintetica. Ma, potremmo dire che essa - detta SynBio - è l'espansione della biotecnologia come campo multidisciplinare che cerca di creare nuove parti biologiche, dispositivi e sistemi, o riprogettare quelli già esistenti, in modo che producano una sostanza o acquisiscano una nuova abilità combinando i principi ingegneristici con la biologia.
Ma in che modo esattamente la biologia sintetica si collega all'industria chimica? Una parola: Biomanufacturing.
La biomanufacturing è un tipo di produzione che utilizza sistemi biologici per costruire biomateriali commercialmente rilevanti per settori diversi, come la produzione di sostanze chimiche.
In questo senso, la biotecnologia industriale è semplicemente lo sfruttamento di enzimi, microrganismi e piante per produrre energia, prodotti chimici industriali e beni di consumo utilizzando tecniche di biofabbricazione.
È interessante notare che questa tecnologia non è nuova: la biotecnologia industriale esiste da almeno 6000 b.C., quando le culture neolitiche fermentavano l'uva per fare vino e i babilonesi producevano birra con lieviti microbici.
Nel corso degli anni, la nostra comprensione della fermentazione ci ha permesso di andare oltre e creare cibi di tutti i giorni come formaggio, yogurt, aceto e altri prodotti.
Un po' più tardi nel 1940, furono sviluppati processi di fermentazione su larga scala per produrre quantità industriali di penicillina, che Sir Alexander Fleming isolò dalla muffa nel 1928.
La biomanufacturing è la componente manifatturiera dell'industria biotecnologica. È la fabbricazione di prodotti che utilizzano sistemi viventi come microrganismi, cellule animali o cellule vegetali. Queste cellule viventi possono essere presenti in natura o più spesso sono state geneticamente modificati per produrre la sostanza specifica.
Esempi di biomolecole biogenerate sono proteine o acidi nucleici utilizzati nei farmaci, enzimi utilizzati nell'industria alimentare o bioplastiche biodegradabili prodotte nei batteri durante la crescita.
L'industria farmaceutica utilizza la biomanufacturing per produrre i principi attivi medicinali che saranno formulati in un prodotto farmaceutico finale, indicato come biologico. Queste molecole di farmaci attivi sono proteine come anticorpi, citochine, ormoni ed enzimi. Il processo di produzione di queste biomolecole comporta una coltura cellulare avanzata, quando le cellule producono il principio attivo del farmaco (elaborazione a monte) e metodi di purificazione come la cromatografia e la filtrazione per isolare la sostanza dai contaminanti cellulari e di processo (elaborazione a valle). È un processo altamente complesso che deve seguire rigide linee guida FDA e richiede tecnici altamente qualificati.
L'industria biofarmaceutica è un settore in rapida crescita con una quota del 25% nel mercato farmaceutico complessivo, l'occupazione in questo settore dovrebbe crescere del 10% nei prossimi 5 anni.
Non sei interessato ai temi trattati in questa newsletter? Non riceverla più è facile:
La bioplastica ha un problema. Ma forse c’è una soluzione
Lo sappiamo, la plastica è ovunque: ogni anno, l'8% del petrolio utilizzato in tutto il mondo viene utilizzato per produrre plastica o per alimentare i processi di produzione, e non solo questo di per sé inquina l'atmosfera, ma milioni di tonnellate di plastica finiscono nell'oceano e nelle discariche, anno dopo anno.
Anche se siamo tutti consapevoli della realtà angosciante che la plastica ha già iniziato a disegnare, la verità non sorprendente è che la situazione non sembra cambiare.
Proprio l'anno scorso, uno studio ha concluso che, se il mondo continua nel suo attuale corso di consumo di plastica in costante aumento, la quantità di rifiuti di plastica prodotti triplicherà entro il 2040.
Ok, ma c’è la bioplastica! Non è così semplice. Come suggerisce il nome, le bioplastiche sono un'alternativa più ecologica alle tipiche plastiche derivate dal petrolio. Le bioplastiche possono essere prodotte da una serie di materiali organici come amido di mais, cellulosa, fonti proteiche e altre sostanze rinnovabili. In teoria, è un materiale ideale, in quanto:
Hanno un'impronta di carbonio inferiore;
Non usa petrolio greggio;
E’ atossica e versatile (in alcuni casi);
E’ spesso biodegradabile.
Quindi, viene da chiedersi: perché non ha già sostituito tutte le materie plastiche convenzionali?
A questa domanda ci sono tre risposte principali.
La maggior parte delle bioplastiche non si decompone facilmente in un ambiente naturale. Infatti, anche quelli "biodegradabili" spesso richiedono specifici ambienti ad alta temperatura per decomporsi, come gli impianti di compostaggio industriale. Se vengono smaltite in modo errato e finiscono in una discarica (dove saranno private di ossigeno), una bioplastica può rilasciare metano, proprio come i rifiuti alimentari. Questo può essere problematico perché limita l'efficacia della risoluzione del problema della plastica ai paesi con le infrastrutture necessarie – che molti, in particolare quelli in cui l'inquinamento da plastica è maggiore, non hanno.
Sfortunatamente, c'è una buona ragione per cui usiamo così tanta plastica. È economica ed efficace, ovvero la ricetta della perfezione. Consideriamo, per esempio, il polietilene tereftalato (o PET). Il PET costituisce il 97% del mercato statunitense delle bottiglie di plastica ed è ciò in cui sono confezionati la maggior parte degli alimenti e delle bevande. Ciò è dovuto principalmente alle (ottime) proprietà del PET: è altamente resistente, durevole, leggero, non reagisce con gli alimenti nè consente attacchi da parte di microrganismi. Le stesse qualità non valgono per molte tipologie di bioplastiche, e molte di esse non possiedono le eccezionali proprietà delle plastiche tradizionali. Tali debolezze includono una maggiore permeabilità al vapore acqueo rispetto alla plastica standard, sono più facili da strappare e molto più fragili.
Inoltre, la derivazione della bioplastica da alimenti comuni come il grano, è un altro problema. Con la crescita della popolazione e il cambiamento climatico, che sta divorando migliaia di acri, la terra arabile è più preziosa che mai. Si può quindi immaginare il problema con la necessità di utilizzare terreni (e risorse) preziosi per "coltivare" la plastica.
E naturalmente, vi è la ragione sempre presente per cui così tante cose sono impossibili: il costo. A causa della complessità della loro produzione, tra gli altri fattori, il costo delle bioplastiche non può competere con le plastiche tradizionali nella maggior parte degli scenari. Ciò è esacerbato dal fatto che i prezzi del petrolio stanno diminuendo. L’ex CEO di una società chiamata Cereplast, che una volta era una delle più grandi aziende nella produzione delle bioplastiche prima di dichiarare bancarotta nel 2014, ha detto: "Le persone sono in qualche modo consapevoli dell'impatto ambientale dei materiali a base di petrolio che non si biodegraderanno mai, ma non sono disposti a spendere di più per sostenere nuovi tipi di materiali".
Una possibile soluzione. Fondata nel 2018, Applied Bioplastics sta affrontando la crisi della plastica da diverse angolazioni. L'azienda è incentrata sulla trasformazione della produzione sostenibile di biomateriali, con una triplice missione:
Fornire Bioplastiche Decarbonizzate;
Favorire l'agricoltura sostenibile;
Trasformare l’industria.
Agli occhi di Colin Ardern e Alex Blum - i fondatori, il problema con le bioplastiche è che, oltre al costo, la loro adozione su larga scala non è realistica a causa dell'impraticabilità di dover modificare i processi di produzione per ottenere prodotti più rispettosi dell'ambiente.
"La produzione è già un'attività a basso margine, quindi forzare cambiamenti sgraditi in quel settore cambierebbe drasticamente il prezzo e la disponibilità dei prodotti che tutti sul pianeta utilizzano"
Ecco perché hanno escogitato un'alternativa alla plastica dura (polietilene / PP) che potrebbe competere direttamente con le plastiche legacy e integrarsi perfettamente con le attrezzature e i macchinari attualmente utilizzati nelle fabbriche. Una plastica che deriva da fibre naturali non alimentari!
A differenza delle bioplastiche che si basano su materia organica derivata da colture commestibili (che quindi competono con l'agricoltura), Applied Bioplastics si procura la materia vegetale "di scarto" dalle aziende agricole. Ciò significa che non solo possono produrre una plastica pronta all’uso in termini sia di costi che di metodo di produzione, ma anche contribuire allo sviluppo sostenibile delle comunità agricole nelle economie emergenti.
Con la loro plastica, viene tagliato il 50% per cento delle emissioni di carbonio. Inoltre, una tonnellata del loro materiale polimerico a base vegetale evita 500 kg di emissioni di CO2 e assorbe oltre 200 kg di CO2 dal materiale vegetale che viene riutilizzato.
Mentre sono attualmente in fase di test e di accettazione con diverse grandi aziende, in futuro, hanno in programma di diffondere la loro tecnologia in tutto il pianeta attraverso accordi di licenza.
#Video
Cosa sono le Bioplastiche? Una lezione della prof. ing. Daniela Greco.
I laboratori biotech della Roche a Basilea
Solo pochi decenni fa, l'idea di sfruttare la biotecnologia per produrre farmaci appariva fantasiosa. Perché? A differenza degli ingredienti farmaceutici convenzionali prodotti con metodi puramente chimici, i farmaci prodotti biotecnologicamente sono molto più complessi e difficili da produrre. Oggi, questi farmaci sono diventati must-have per il trattamento di diverse malattie gravi. Gli strumenti di trattamento prodotti biotecnologicamente sono ora disponibili per diverse malattie (il cancro in particolare), fornendo un faro di speranza per migliaia di pazienti.
Biomanufacturing: la fermentazione
#Carriere
Cosa si fa con una laurea in fisica?
Elisa Omodei, assistant professor alla Central European University (Vienna), e Eugenio Valdano, ricercatore all’INSERM (Parigi), ci racconteranno del loro percorso professionale dentro e fuori l'accademia: Elisa ad Unicef e World Food Program a sviluppare applicazioni di data science in ambito umanitario, Eugenio a creare modelli matematici per descrivere la diffusione delle malattie infettive.