E se gli scarti della nostra cucina potessero contribuire non soltanto a nutrire le piante, ma anche a produrre elettricità? Sembra un'idea uscita da un romanzo di fantascienza. Eppure, da diversi anni, ricercatori di tutto il mondo stanno studiando una tecnologia capace di sfruttare l'attività di alcuni microrganismi per generare piccole quantità di energia elettrica.
La cosa sorprendente è che uno degli ingredienti che può favorire questo processo è proprio il compost, il materiale organico che otteniamo dalla decomposizione degli scarti alimentari e vegetali.
Non stiamo parlando di una compostiera in grado di alimentare il frigorifero o ricaricare lo smartphone. La realtà scientifica è diversa, ma forse ancora più interessante: determinati batteri presenti nel terreno possono partecipare a reazioni biologiche attraverso le quali è possibile raccogliere elettroni e ottenere corrente elettrica.
E il compost, secondo alcune ricerche, può migliorare il funzionamento di questi sistemi.
Come si può produrre elettricità dal compost?
Per capire come funziona questa tecnologia dobbiamo partire da qualcosa che normalmente non vediamo: la straordinaria attività dei microrganismi presenti nel suolo.
Un terreno apparentemente immobile ospita comunità di batteri e altri organismi che trasformano continuamente la materia organica. Durante questi processi avvengono reazioni chimiche che comportano anche il trasferimento di elettroni.
Alcuni batteri possiedono una caratteristica particolare: riescono a trasferire elettroni verso materiali esterni alle loro cellule, compresi determinati elettrodi.
È proprio questa capacità che viene sfruttata dalle celle a combustibile microbiche, conosciute anche come Microbial Fuel Cells o MFC.
Il principio è affascinante: invece di utilizzare un combustibile tradizionale, queste celle sfruttano processi biologici per ottenere energia elettrica.
In una configurazione terrestre, il terreno costituisce l'ambiente nel quale vivono i microrganismi e avvengono le reazioni. Due elettrodi, chiamati anodo e catodo, permettono di raccogliere gli elettroni e completare un circuito elettrico.
Quando le condizioni sono favorevoli, gli elettroni raggiungono l'anodo e possono attraversare un circuito esterno, producendo una corrente misurabile.
Naturalmente, inserire due fili nel compost non basta per ottenere una batteria funzionante. Servono elettrodi appropriati, condizioni chimiche e biologiche adatte e una configurazione elettrochimica precisa.
Ma il fatto che tutto questo possa avvenire grazie all'attività di organismi microscopici apre prospettive davvero interessanti.
La ricerca italiana: il compost può migliorare la produzione di bioelettricità
Una delle conferme scientifiche più interessanti arriva da uno studio pubblicato nel dicembre 2023 sulla rivista New Biotechnology.
La ricerca, intitolata Effects of municipal waste compost on microbial biodiversity and energy production in terrestrial microbial fuel cells, è stata condotta da un gruppo internazionale che comprende ricercatori del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), dell'Università Sapienza di Roma e dell'Università di Southampton.
Gli studiosi volevano comprendere come l'aggiunta di compost influenzasse sia le comunità microbiche presenti nel terreno sia la produzione di energia elettrica.
Per verificarlo, hanno utilizzato celle a combustibile microbiche terrestri, confrontando sistemi contenenti terreno con altri ai quali era stato aggiunto compost proveniente da rifiuti urbani.
La quantità aggiunta nella prova era pari al 3% in rapporto peso/volume.
L'esperimento è durato 54 giorni. Durante questo periodo i ricercatori hanno esaminato le comunità microbiche e misurato il comportamento elettrico dei sistemi.
Il risultato? L'aggiunta di compost ha favorito l'attività microbica e migliorato le prestazioni delle celle in termini di tensione e potenza elettrica.
È un risultato significativo perché indica che il compost non è soltanto una fonte di materia organica utile alle piante: in condizioni controllate può anche contribuire al funzionamento di tecnologie bioelettrochimiche.
Attenzione, però, a un dettaglio fondamentale: lo studio non dimostra che qualunque compost sia capace di produrre le stesse quantità di energia, né che una normale compostiera domestica possa essere trasformata direttamente in un generatore elettrico.
Dimostra invece che il compost può avere un ruolo importante nel migliorare le prestazioni di determinate celle microbiche sperimentali.
I batteri che trasferiscono elettroni: piccoli organismi dalle grandi potenzialità
Durante lo studio, i ricercatori hanno analizzato anche la composizione delle comunità batteriche presenti negli elettrodi e nel terreno.
Tra i microrganismi identificati figuravano generi come Bacillus, Fulvivirga, Burkholderia e Geobacter.
Quest'ultimo è particolarmente noto nel campo della bioelettrochimica perché alcune sue specie possiedono la capacità di trasferire elettroni verso materiali esterni.
Per comprendere il fenomeno possiamo immaginare i batteri come minuscoli laboratori chimici.
Mentre metabolizzano sostanze presenti nell'ambiente, producono e trasferiscono elettroni. In condizioni naturali questi trasferimenti fanno parte dei normali processi biologici e chimici del suolo.
In una cella microbica progettata opportunamente, una parte del flusso elettronico può essere intercettata e utilizzata all'interno di un circuito elettrico.
È importante precisare che non tutti i batteri presenti nel compost sono elettroattivi e che la semplice presenza di determinati generi non garantisce automaticamente la produzione di corrente.
Il funzionamento dipende dall'intera comunità microbica, dalla disponibilità di sostanze organiche, dagli elettrodi e da numerosi fattori ambientali.
Ecco perché questa tecnologia è ancora oggetto di studio.
Quanta elettricità si può ottenere realmente?
Arriviamo alla domanda che probabilmente ti stai facendo: quanta energia possiamo produrre?
La risposta richiede un po' di realismo.
Le celle a combustibile microbiche studiate in laboratorio producono generalmente quantità di energia molto inferiori rispetto ai comuni sistemi domestici di generazione elettrica.
Le prestazioni variano notevolmente in funzione delle dimensioni del dispositivo, dei materiali utilizzati, della composizione del substrato e delle condizioni di funzionamento.
Uno studio pubblicato nel 2015 sulla rivista Waste Management ha esaminato celle microbiche alimentate con miscele di scarti organici, ottenendo tensioni dell'ordine di alcune centinaia di millivolt in determinate configurazioni sperimentali.
Per dare un riferimento, una normale pila alcalina AA fornisce una tensione nominale di circa 1,5 volt.
Questo confronto non significa che basti collegare alcune celle microbiche per ottenere una batteria equivalente: la tensione è soltanto una delle grandezze da considerare. Conta soprattutto quanta corrente può essere erogata, per quanto tempo e con quale stabilità.
Inoltre, la differenza tra potenza ed energia è fondamentale. La potenza indica quanto rapidamente viene trasferita energia, mentre l'energia effettivamente ottenuta dipende anche dalla durata del funzionamento.
Per il momento, quindi, parlare di elettricità dal compost significa parlare principalmente di ricerca, sperimentazione e possibili applicazioni a basso consumo.
Non di un'alternativa pronta all'impianto fotovoltaico di casa.
A cosa potrebbe servire in futuro l'elettricità prodotta dai batteri?
Le prospettive diventano particolarmente interessanti quando pensiamo a dispositivi che consumano pochissima energia.
Non tutte le applicazioni hanno bisogno di alimentare motori, elettrodomestici o apparecchiature potenti.
Alcuni sensori ambientali, per esempio, necessitano di quantità relativamente ridotte di energia, soprattutto se effettuano misurazioni periodiche e trasmettono informazioni soltanto a intervalli.
In futuro, sistemi bioelettrochimici adeguatamente sviluppati potrebbero contribuire ad alimentare piccoli dispositivi destinati al monitoraggio del suolo, dell'umidità o di altre condizioni ambientali.
Un altro ambito di ricerca riguarda il trattamento di matrici contaminate e delle acque reflue, nel quale le celle microbiche vengono studiate per combinare processi di trasformazione biologica e recupero energetico.
Si tratta di scenari tecnologici promettenti, ma le applicazioni devono ancora affrontare sfide importanti.
Tra queste troviamo:
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La limitata quantità di potenza ottenibile da molti sistemi sperimentali.
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La necessità di mantenere condizioni favorevoli per l'attività dei microrganismi.
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Le difficoltà nel realizzare dispositivi affidabili e duraturi fuori dal laboratorio.
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I costi degli elettrodi e degli altri componenti.
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La variabilità dei risultati al cambiare delle caratteristiche del terreno e del compost.
La strada verso applicazioni commerciali diffuse richiede quindi ulteriori ricerche.
Posso costruire una batteria utilizzando il compost di casa?
In linea di principio è possibile realizzare piccoli esperimenti dimostrativi con celle microbiche basate su terreno e sostanze organiche.
Tuttavia, non è corretto presentare questa attività come un semplice progetto in cui basta riempire un contenitore con compost e collegare due fili.
Per ottenere misurazioni significative servono componenti adatti, una corretta disposizione degli elettrodi e un dispositivo di misura sufficientemente sensibile.
Inoltre, un esperimento educativo dovrebbe prevedere materiali sicuri e procedure appropriate, evitando sostanze contaminate, collegamenti alla rete elettrica o tentativi di caricare direttamente batterie commerciali.
Se l'obiettivo è imparare come funziona la bioelettricità, la soluzione migliore è partire da un kit didattico specifico per celle a combustibile microbiche oppure da un protocollo sperimentale pubblicato da un'università.
Il compost domestico può essere un interessante materiale di studio, ma i suoi risultati non vanno dati per scontati.
Ed è proprio questo a rendere l'esperimento affascinante: osservare come la biologia e l'elettronica possano incontrarsi.
Che cosa c'entra Reencle con questa scoperta?
Il collegamento parte da un concetto semplice: gli scarti alimentari non sono necessariamente la fine del ciclo di un alimento. Possono diventare il punto di partenza per nuove risorse.
Ogni giorno nelle nostre cucine produciamo bucce, residui vegetali e altri scarti organici che spesso consideriamo soltanto qualcosa di cui liberarci.
Con il compostaggio, invece, una parte di questa materia può essere valorizzata e trasformata in un materiale utile al terreno.
È proprio su questo principio che si basa Reencle, la compostiera elettrica domestica che utilizza microrganismi per favorire la decomposizione degli scarti alimentari.
Reencle permette di gestire gli scarti organici direttamente in casa e ottenere materiale da utilizzare, dopo la preparazione e maturazione indicate dal produttore, per arricchire il terreno di piante e giardini.
Per esempio, nelle istruzioni di Reencle Gravity viene spiegato come raccogliere il materiale, setacciarlo, mescolarlo con terra e lasciarlo maturare prima dell'impiego sulle piante.
È importante distinguere le due applicazioni.
Reencle è progettato per il compostaggio domestico, non per produrre elettricità. Non esistono, nelle ricerche qui esaminate, prove specifiche che dimostrino prestazioni elettriche del compost ottenuto con Reencle in una cella microbica.
La ricerca sulla bioelettricità riguarda però lo stesso grande tema: comprendere come la materia organica e i microrganismi possano generare nuove opportunità.
Oggi possiamo utilizzare il compost per migliorare il terreno. La scienza sta esplorando anche altre possibilità, alcune delle quali erano difficili da immaginare soltanto pochi decenni fa.
Dal compost all'energia: perché questa ricerca è importante
La parte più interessante della scoperta non è immaginare una compostiera che domani alimenterà la nostra abitazione.
È comprendere quanto potenziale scientifico possa nascondersi in materiali che comunemente definiamo rifiuti.
Il compostaggio è già un esempio concreto di valorizzazione della materia organica. Le celle a combustibile microbiche aggiungono un'altra prospettiva: studiare come determinati processi biologici possano contribuire anche al recupero energetico.
Le due tecnologie non sono equivalenti e non vanno confuse, ma condividono un'idea fondamentale: osservare gli scarti organici come risorse da gestire in maniera intelligente.
La ricerca scientifica continuerà a verificare se e come questa forma di bioelettricità potrà diventare utile su scala più ampia.
Nel frattempo, il compost possiede già un valore concreto e accessibile: contribuire alla cura del suolo, al giardinaggio e al recupero della materia organica.
E forse è proprio questo il messaggio più interessante.
Non serve aspettare una rivoluzione tecnologica per iniziare a dare una seconda vita ai nostri scarti alimentari.
Possiamo cominciare già oggi.
Vuoi scoprire come trasformare gli scarti della tua cucina in una risorsa per le piante? Scopri come funziona Reencle e il compostaggio domestico con microrganismi.
Domande frequenti sull'elettricità dal compost
Il compost produce davvero elettricità?
Il compost può contribuire alla produzione di energia elettrica in particolari celle a combustibile microbiche. Questi dispositivi sfruttano l'attività di microrganismi capaci di trasferire elettroni verso appositi elettrodi. Il compost da solo, senza un sistema adeguato, non funziona come una batteria domestica.
È possibile alimentare una casa con il compost?
Attualmente non è una soluzione praticabile con le normali celle microbiche sperimentali. Le quantità di potenza disponibili sono generalmente troppo limitate per alimentare i comuni elettrodomestici.
Quali batteri sono coinvolti nella produzione di bioelettricità?
Tra i microrganismi studiati figurano batteri elettroattivi, tra cui alcune specie del genere Geobacter. Il risultato dipende comunque dall'interazione tra diversi microrganismi e dalle condizioni del sistema.
Si può utilizzare il compost di Reencle per produrre elettricità?
Non abbiamo dati sperimentali specifici che dimostrino l'efficacia del compost prodotto da Reencle nelle celle a combustibile microbiche. Reencle è una compostiera domestica progettata per la trasformazione degli scarti alimentari in materiale da impiegare nel terreno, seguendo le istruzioni d'uso.
Qual è la differenza tra compostaggio e produzione di bioelettricità?
Il compostaggio è un processo biologico finalizzato alla trasformazione della materia organica. Le celle a combustibile microbiche sono dispositivi elettrochimici progettati per raccogliere energia dai processi metabolici di alcuni microrganismi. Possono utilizzare materiali organici, ma funzionano secondo principi e finalità differenti.
Fonti scientifiche
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Garbini G. L. et al. (2023). Effects of municipal waste compost on microbial biodiversity and energy production in terrestrial microbial fuel cells. New Biotechnology, 78, 131–140. DOI: 10.1016/j.nbt.2023.10.009.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37875210/ -
Khudzari J. M. et al. (2016). Effect of C/N ratio and salinity on power generation in compost microbial fuel cells. Waste Management.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26611399/ -
Magotra V. K. et al. (2020). Compost Soil Microbial Fuel Cell to Generate Power using Urea as Fuel. Scientific Reports.
https://www.nature.com/articles/s41598-020-61038-7 -
Reencle Italia. Come funziona Reencle e documentazione ufficiale Reencle Gravity.
https://reencle.eco/pages/come-funziona
