L’industria alimentare produce enormi quantità di rifiuti e sottoprodotti, derivanti anche dalla produzione di pollame. Ogni anno vengono inceneriti circa 40 milioni di tonnellate di piume di pollo. Questo non solo rilascia grandi quantità di 2, ma produce anche gas tossici come il biossido di zolfo. Lo studio “Renewable Energy from Livestock Waste Valorization: Amyloid-Based Feather Keratin Fuel Cells”, pubblicato su ACS Applied Materials & Interfaces da un team di ricercatori dell’ETH Zürich e della Nanyang Technological University Singapore (NTU) ha scoperto un modo per sfruttare queste piume: utilizzando un processo semplice ed ecologico, si estrae la proteina cheratina dalle piume e la di converte in fibre ultrafini, note come fibrille amiloidi, che vengono utilizzate nella membrana di una cella a combustibile.
Le celle a combustibile generano elettricità da idrogeno e ossigeno, priva di CO2, rilasciando solo calore e acqua e all’ETH Zürich sono convinti che « In futuro potrebbero svolgere un ruolo importante come fonte di energia sostenibile».
I ricercatori spiegano che «Nel cuore di ogni cella a combustibile si trova una membrana semipermeabile. Consente il passaggio dei protoni ma blocca gli elettroni, costringendoli a fluire attraverso un circuito esterno dall’anodo caricato negativamente al catodo caricato positivamente, producendo così una corrente elettrica.
Nelle celle a combustibile convenzionali, queste membrane sono state finora realizzate utilizzando sostanze chimiche altamente tossiche, o “sostanze chimiche per sempre”, che sono costose e non si degradano nell’ambiente».
La membrana sviluppata dai ricercatori dell’ETH e della NTU è invece composta principalmente da cheratina biologica, compatibile con l’ambiente e disponibile in grandi quantità: le piume di pollo sono composte per il 90% da cheratina. Ciò significa che la membrana prodotta in laboratorio è già fino a tre volte più economica delle membrane convenzionali.
Uno degli autori dello studio, Raffaele Mezzenga, dell’ ETH Zürich e della NTU. Ricorda che «Ho dedicato diversi anni alla ricerca di diversi modi in cui possiamo utilizzare i rifiuti alimentari per i sistemi di energia rinnovabile. Il nostro ultimo sviluppo chiude un ciclo: prendiamo una sostanza che rilascia CO2 e gas tossici quando viene bruciata e la usiamo in un ambiente diverso: con la nostra nuova tecnologia non solo sostituisce le sostanze tossiche, ma impedisce anche il rilascio di CO2, diminuendo il ciclo complessivo dell’impronta di carboni».
Ma è lo stesso Mezzenga ad avvertire che «Tuttavia, ci sono ulteriori sfide da superare prima che l’idrogeno possa affermarsi come fonte energetica sostenibile. L’idrogeno è l’elemento più abbondante nell’universo, sfortunatamente non sulla Terra. Poiché qui l’idrogeno non si trova nella sua forma pura, deve essere prodotto, il che richiede una grande quantità di energia. Anche in questo caso la nuova membrana potrebbe rivelarsi utile in futuro, perché potrà essere utilizzata non solo nelle celle a combustibile ma anche nella scissione dell’acqua».
Con l’elettrolisi, la corrente continua viene fatta passare attraverso l’acqua, provocando la formazione di ossigeno sull’anodo caricato positivamente, mentre l’idrogeno fuoriesce sul catodo caricato negativamente. L’acqua pura non è sufficientemente conduttiva per questo processo e spesso richiede l’aggiunta di acidi. Ma la nuova membrana è permeabile ai protoni e consente quindi la migrazione delle particelle tra anodo e catodo necessaria per un’efficiente scissione dell’acqua, anche in acqua pura.
Il prossimo passo dei ricercatori svizzeri e singaporiani sarà quello di studiare quanto sia stabile e durevole la loro membrana di cheratina e, se necessario, migliorarla. Il team di ricerca ha già depositato un brevetto congiunto per la membrana e ora sta cercando investitori o aziende per sviluppare ulteriormente la tecnologia e portarla sul mercato.
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