1. CARATTERISTICHE ORGANIZZATIVE

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1 SCHEDA PROGETTUALE Dati dell Ente promotore Nome: Chalmers University of Technology Tipologia: Universitá Indirizzo Sede: Kemivägen 10, SE-41296, Göteborg, Svezia Telefono: +46(0) Fax: Sito Internet: 1. CARATTERISTICHE ORGANIZZATIVE Responsabile del progetto Nome e Cognome: Valeria Mapelli Telefono:+46(0) valeria.mapelli@chalmers.se Responsabile operativo del progetto (si intende una persona presente in sede di evento da contattare quotidianamente durante la manifestazione) Nome e Cognome: Valeria Mapelli Telefono: Cellulare: valeria.mapelli@gmail.com 1

2 Gruppo di lavoro Numero di persone coinvolte nella realizzazione dell evento: 2-3 Tappe e tempi di realizzazione dell evento: Acquisto del materiale necessario per le attivitá pratiche preparazione del materiale per le parti teoriche prova delle attivitá sperimentali (2 mesi prima della manifestazione) allestimento dei laboratori/locali per le attivitá (1 setimana prima della manifestazione). Descrizione generale dell evento Titolo: Energia dai Rifiuti: Celle a Combustibile Microbiche Luogo di svolgimento (Bergamo o Provincia): in base alla disponibilitá degli spazi Nome Sede (se l evento ha già una sede predefinita, altrimenti specificare che la sede andrà individuata dall Associazione): Da individuare Indirizzo sede: Capienza: Dimensioni sede: (da indicare i mq.): Area di interesse: Biotecnologie Energia sostenibile - Microbiologia Adatto a: (mettere una crocetta sull opzione scelta) Tutti (senza alcuna distinzione di età) Se non adatto a tutti specificare la fascia di età consigliata: Fruibile a utenti portatori di handicap Solo alle scuole (se sì, indicare il grado ): medie e superiori Primarie (elementari) Secondarie di primo grado (medie) Secondarie di secondo grado (superiori) Tipo di evento: Laboratorio interattivo Mostra interattiva Altro Data inizio: 10 Ottobre (modificabile) Data fine: 20 ottobre (modificabile) Orari o durata indicativa: 3-4 ore Numero delle sessioni previste in una giornata (ad esempio: 3 la mattina, 2 il pomeriggio): 1 la mattina + 1 il pomeriggio 2

3 Apparecchiature e materiali d uso impiegati: Microscopio (se messo a disposizione dall associazione); multimetro per misurazione di potenziale; colture batteriche non patogene o di lievito; terreni di coltura preparati dai responsabili prima delle attivitá; vetreria di laboratorio; proiettore (se messo a disposizione dall associaione) Descrizione del progetto (allegare materiale di supporto video o fotografico se disponibile; illustrare l attività che i visitatori/partecipanti andranno a svolgere; indicare stima del numero di visitatori, calcolato come numero di turni per numero di visitatori per turno; specificare eventuali costi a carico dell Associazione BergamoScienza): La descrizione del progetto e le informazioni richieste sono descritte nell allegato di seguito a questo documento. L iniziativa prevede dei costi a carico dell Associazione BergamoScienza: SI NO Se si, allegare preventivo di spesa dettagliato. 2. CARATTERISTICHE DI PROMOZIONE E COMUNICAZIONE Indicare gli strumenti a disposizione per comunicare e promuovere l evento: (mettere una crocetta sull opzione scelta) Sito internet: Blog: Newsletter Facebook o altri Social Network (indicare quali) Bacheche Pubblicazioni editoriali Eventi di promozione Altro Contatti con professori e studenti di scuole e Universitá. 3

4 Energia dai Rifiuti: Celle a Combustibile Microbiche Far fronte alla sempre crescente richiesta di energia e alla gestione di materiali di scarto da diverse fonti sono due delle maggiori sfide a cui la nostra societá è attualmente chiamata. I metodi a dispozione oggi per la gestione di rifiuti e materiali di scarto sono efficienti, ma sicuramente poco sostenibili a lungo termine dal punto di vista energetico, data le elevate quantitá di energia richieste per i processi di depurazione di acque reflue municipali ed industriali. Una delle maggiori domande a cui una parte della comunitá scientifica sta cercando di rispondere riguarda la possibilitá di utilizzare la tecnologia Microbial Fuel Cells (MFC), o celle a combustibile microbiologiche, in modo da trasformare il processo di depurazione di acque in un processo in grado di produrre energia. Dal momento che le risorse energetiche derivanti da combustibili fossili, qual é il petrolio, si stanno via via esaurendo, l utilizzo di acque di scarto come fonte energetica non é da trascurare. Infatti, al contrario di quanto si possa credere, le acque reflue municipali per esempio sono caratterizzate da un alto contenuto di materiale organico da cui estrarre energia; inoltre, acque reflue da industrie alimentari (per esempio zuccherifici, birrerie, etc. etc.) possono avere un ancora maggiore potenziale, essendo ancora piú ricche in termini di composti organici. Nonostante la quantitá di energia elettrica derivante da queste fonti mediante l applicazione della tecnologia MFC non possa soddisfare completamente l attuale fabbisogno energetico dei processi di trattamento delle acque, ulteriori sviluppi nel campo delle MFC potrebbero per lo meno portare ad un processo neutro in termini di consumi: l energia necessaria per il processo di depurazione verrebbe prodotta tramite il processo stesso. La possibilitá di ottenere energia elettrica tramite il metabolismo di cellule microbiche risale al 1911, quando il professor M.C. Potter dell Universitá di Durham descrisse come la decomposizione di composti organici da parte di lieviti o batteri generasse energia elettrica [Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Containing Papers of a Biological Character, Vol. 84, No. 571 (Sep. 14, 1911), pp ]. Questa branca scientifica è stata pressoché trascurata per decenni, per poi tornare in auge negli anni 90, quando inizió a palesarsi la necessitá di trovare fonti energetiche rinnovabili e sostenibili. La ricerca nel campo delle MFC é in netta crescita e si sta facendo molto per una migliore comprensione dei meccanismi biochimici alla base dei processi di produzione di corrente elettrica sfruttando le attivitá microbiche. La comunitá dei ricercatori attivi nel campo delle MFC sta diventando sempre piú numerosa, e conseguentemente le nuove conoscenze e lo sviluppo di nuove applicazioni stanno crescendo rapidamente ( sito web della comunitá scientifica attiva nel campo dei sistemi bioelettrochimici). La struttura classica di una MFC a due comparti é rappresentata in figura 1. Una MFC funziona come una batteria in cui i 2 elettrodi (anodo e catodo) sono tenuti separati da una mambrana selettiva per protoni (H + ) e collegati tramite un circuito esterno. La camera anodica é mantenuta in condizioni anaerobiche (assenza di ossigeno), mentre la camera catodica é mantenuta in condizioni aerobiche (presenza di ossigeno). Microorganismi in grado di crescere in condizioni anaerobiche vengono coltivati nella camera anodica, dove crescono grazie alla presenza di sostanze organiche (per esempio zuccheri) da cui derivano energia per il metabolismo e la loro crescita. L energia contenuta nei legami chimici delle fonti organiche viene acquisita dai microorganismi attraverso l ossidazione di tali sostanze, generando il conseguente rilascio di elettroni (e ). In condizioni naturali, gli elettroni

5 rilasciati vengono donati ad molecole in grado di essere ridotte: l ossigeno (O 2 ) é il tipico accettore di elettroni. Nella camera anodica di una MFC mantenuta in condizioni anaerobiche, gli elettroni vengono invece trasferiti all anodo e da lí condotti al catodo attraverso il circuito esterno. Solo allora gli elettroni vengono finalmente donati all ossigeno disciolto nella camera catodica: é quindi possibile dire che anche in una MFC gli elettroni derivanti dall attivitá microbica vengono donati all ossigeno, ma solo tramite un passaggio forzato attraverso un circuito esterno, generando quindi corrente elettrica (1) Possibile reazione anodica: C 6 H 12 O H 2 O 6 CO H e (ossidazione di glucosio) (2) Reazione catodica: 6 O H e 12 H 2 O Fig. 1 Rappresentazione schematic di una cella a combustibile microbica, o Microbial Fuel Cell (MFC), a due camere. PEM (Proton Exchange Membrane) é la membra selettiva per il passaggio di protoni. La reazione di ossidazione del glucosio é descritta dalla reazione (1), mentre la reazione (2) é la reazione di riduzione dell ossigeno grazie agli elettroni liberati dall ossidazione del glucosio. Le possibili applcazioni di sistemi MFC possono essere svariate e se il sistema bioelettrochimico é costruito come cella elettrolitica (Microbial Electrolytic Cell, MEC), si aggiungono le possibilitá di generare ulteriori fonti energetiche quali idrogeno (H 2 ) e metano (CH 4 ) o composti altrimenti sintetizzati per via chimica. Altre applicazioni di sistemi bioelettrochimici riguardano il risanamento di acque a suoli contaminati da composti chimici. L attivitá proposta per studenti di scuole medie e superiori si propone di introdurre gli studenti alle basi del metabolismo microbico, spiegando anche che i microorganismi che vengono utilizzati nelle applicazioni di MFC sono presenti in natura e quindi l installazione di una MFC non richiede l introduzione nell ambiente di microorganismi estranei o geneticamente modificati. Il concetto alla base delle MFC sará spiegato evidenziando le analogie con le classiche batterie a tutti note per la generazione di corrente elettrica. Inoltre, introducendo il concetto di reazione di ossidoriduzione, verrá sottolinetato che le reazioni di ossido riduzione che vengono sfruttate nei sistemi MFC sono reazioni naturali ed alla base del metabolismo di ogni organismo vivente (uomo incluso).

6 Per quanto concerne le attivitá pratiche proposte, l osservazione di culture batteriche (strettamente non patogene) o di lievito verrá proposta se ci fosse la possibilitá di avere appositi microscopi a disposizione. L utilizzo di blu di metilene sará proposto come metodo per valutare la capacitá dei batteri o lieviti presenti nelle culture di partenza di trasferire elettroni: in seguito all ossidazione di sostanze organiche presenti nella cultura anaerobica, gli elettroni liberati vengono trasferiti al blu di metilene che, in seguito a riduzione, perde la sua tipica colorazione blu. In questo modo l attivitá ossido riduttiva é chiaramente visibile. La stessa cultura (incolore) potrá poi essere trasferita nella camera anodica di una MFC, dove si potrá osservare che la sospenzione batterica tornerá nuovamente di colore blu, poiché gli elettroni trasferiti precedentemente al blu di metilene ssaranno donati all anodo causando la riossidazione del blu di metilene. Le strutture per la costruzione delle MFC saranno acquistate dal National Center for Biotechnological Education ( e, in funzione del tempo a disposizone, potranno essere assemblate degli studenti o assemblate prima dell esecuzione dell esperimento dai responsabili dell attivitá. Oltre all osservazione della colorazione della sospensione batterica che diventa blu in seguito all ossidazione del blu di metilene, il voltaggio della cella sará misurato attraverso un multimetro e le due camere (anodica e catodica) saranno connesse attraverso un circuito esterno a cui é connesso un LED (light emitting diode). In questo modo, la generazione di corrente elettrica potrá essere osservata tramite l accesnsione del LED. In funzione del tempo a disposizione, dopo l attivitá pratica potranno essere illustrate alcune interessanti applicazioni di sistemi bioelettrochimici che, sfruttando l attivitá microbica naturale, possono essere utilizzate per la generazione di energia rinnovabile da mteriale di scarto, per il risanamento ambientale e la produzione di sostanze di uso comune. Fig. 2 Assemblaggio di una MFC utilizzando material fornito da National Center for Biotechnological education. La figura é presa da A curriculum for High School Science Education. Microbial Fuel Cells: a living battery disponibile al sito (

7 Spese eventualmente a carico di Bergamo Scienza Articolo Costo (Euro) Strutture per la costruzione di 2 4 MFC 350 Altro materiale per lo svolgimento delle attivitá 300 TOTALE 650 Numero di Visitatori (stima) Massimo numero di visitatori per turno: 15 Massimo numero di turni in una giornata: 2 31 Gennaio 2012 Göteborg, Svezia In fede, Valeria Mapelli