Potenziale di trattamento del digestato liquido di cinque microalghe verdi in colture non asessuate

Trasformare i rifiuti in risorsa

Gli impianti di digestione anaerobica trasformano rifiuti alimentari e agricoli in biogas, un combustibile rinnovabile. Tuttavia lasciano anche un residuo acquoso chiamato digestato liquido, ricco di azoto e fosforo. Se questo sottoprodotto non viene gestito correttamente, può inquinare fiumi e suoli. Questo studio esplora se microalghe verdi di origine naturale, cresciute insieme ai batteri, possono depurare questo liquido impegnativo trasformandone i nutrienti in biomassa utile.

Perché gli scarti sono un problema

Con l'espansione della produzione di biogas a livello mondiale aumenta anche il volume del digestato. La frazione liquida, che costituisce la maggior parte del volume, è ricca di nutrienti per le piante ma contiene anche residui organici e talvolta metalli pesanti e patogeni. Distribuirla sui terreni può essere utile come fertilizzante, ma un eccesso provoca inquinamento delle acque e sovraccarico del suolo. I metodi di trattamento convenzionali sono spesso costosi e poco efficienti, soprattutto per impianti di piccole dimensioni o autonomi. Una soluzione più elegante è usare il liquido come mezzo di crescita per le microalghe, che possono catturare i nutrienti, depurare l'acqua e generare biomassa per prodotti come mangimi o biocarburanti.

Mettere alla prova microalghe selvatche

I ricercatori hanno raccolto digestato liquido da un impianto pilota che tratta scarti vegetali come mais, piselli e fagioli. Lo hanno diluito solo cinque volte con acqua e non lo hanno sterilizzato, mantenendolo deliberatamente vicino a condizioni reali. Cinque ceppi di microalghe verdi, isolati da ambienti acquatici naturali anziché acquistati da collezioni di colture, sono stati coltivati in piccoli reattori illuminati per quattro mesi. Queste colture erano “non asessuate”, nel senso che le alghe convivevano con i batteri naturalmente associati. Il team ha monitorato indicatori chiave di inquinamento—le forme di azoto, fosfato e la materia organica—oltre alla crescita algale e alle variazioni nella comunità batterica.

Come il controllo del pH ha cambiato le carte in tavola

L'esperimento ha avuto due fasi principali. Nella prima fase di 60 giorni il digestato è stato alimentato nei reattori senza controllare l'acidità (pH). Le microalghe sono cresciute inizialmente, ma man mano che la comunità mista rilasciava anidride carbonica e trasformava l'azoto, il pH è progressivamente sceso a valori lievemente acidi. Questo rallentamento della crescita ha limitato la rimozione dell'inquinamento: l'azoto totale è diminuito di circa il 55–70% e la rimozione del fosfato è rimasta al di sotto di circa il 50%. Nella seconda fase di 60 giorni il team ha innalzato e mantenuto con attenzione il pH sopra il neutro mediante piccole aggiunte di idrossido di sodio. In queste condizioni più alcaline le alghe sono fiorite, i livelli di clorofilla sono aumentati e i reattori hanno rimosso sostanzialmente più azoto e fosfato, sebbene la rimozione di alcuni composti organici sia risultata meno efficace.

Alghe, batteri e un gioco di equilibri

Tra le cinque specie testate, le colture dominate da Desmodesmus communis si sono distinte. Hanno rimosso quasi il 90% dell'azoto totale e oltre il 90% del fosfato nella fase con pH controllato, pur non avendo raggiunto i conteggi cellulari più elevati. Il suo vantaggio sembra legato alla struttura più ampia e multicellulare e al modo in cui interagisce con i batteri associati. L'analisi genetica ha mostrato che, quando il pH è stato aumentato, l'equilibrio dei gruppi batterici è cambiato: alcuni sono diminuiti, mentre altri, che prosperano in ambienti alcalini e ricchi di nutrienti, sono diventati più comuni. Alcuni batteri sembravano specializzati nello scomporre materia organica complessa, mentre altri contribuivano a rimuovere azoto e fosforo o a rendere questi nutrienti più accessibili alle alghe. La performance complessiva derivava da questa comunità mista e cooperativa piuttosto che dalle alghe da sole.

Da effluente inquinato a cicli più puliti

In termini semplici, lo studio mostra che lasciare che il mix alghe–batteri “faccia il suo lavoro” non basta: il controllo accurato del pH è cruciale per liberare tutto il loro potenziale depurativo. Con le giuste condizioni, microalghe verdi selvatiche che convivono con batteri possono eliminare la maggior parte dell'eccesso di azoto e fosforo dal digestato liquido usando solo una diluizione modesta e senza sterilizzazione. Ciò rende il liquido trattato più sicuro per il riutilizzo negli impianti di biogas o per il ritorno potenziale all'ambiente, mentre la biomassa algale risultante può diventare un prodotto secondario. Tali sistemi potrebbero contribuire a chiudere i cicli dei nutrienti, ridurre i rifiuti e rendere la produzione di biogas più sostenibile.

Citazione: Sobolewska, E., Borowski, S. & Nowicka-Krawczyk, P. Liquid digestate treatment potential of five green microalgae in non-axenic cultures. Sci Rep 16, 14589 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45636-5

Parole chiave: microalghe, digestato anaerobico, rimozione dei nutrienti, biogas, trattamento delle acque reflue