Bioelettricitàmicrobica

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1 Bioelettricitàmicrobica Anna Benedetti e Melania Migliore Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura Centro di Ricerca per lo Studio delle Relazione tra Pianta e Suolo CRA-RPS Roma, 29 ottobre 2013

2 Valorizzazione delle biomasse di rifiuto e di scarto in agricoltura Studi di ecologia microbica del suolo Biotecnologie microbiche nel settore agricolo Energie alternative

3 Agronomico Uso del suolo Produttività Bioelettricità Bioetanolo Biogas Microbiologico Combustibili non convenzionali Ceneri Chimico Compost

4 Matrici Caratterizzazione Residui Utilizzo biogas Termica Elettrica Codigestione Digestione anaerobica Combinazione matrici Fattori che ne influenzano l efficienza Utilizzo biodigestato Produzione fertilizzante Fertilizzante ammendante nitrati Individuazione colture Inserimento in legge Uso del suolo Resa e caratteristiche biogas Ottimizzazione della flora microbica Implementazione normativa Emendaneti legislazione nazionale

5 tonnellate/anno di biomasse organiche di scarto e rifiuti organici (Piccinini et al., 2009)

6 Deiezioni animali (suini, bovini, avi-cunicoli)

7 Residui colturali (t SS/anno)

8 Scarti agro-industriali

9 Fanghi di depurazione

10 Frazione organica rifiuti urbani

11 Fertilità dei suoli italiani Media nazionale dei suoli agricoli italiani Contenuto in sostanza organica 1.5% Del quale annualmente si perde l 1.5%

12 Sostenibilità Valutazione dei costi-benefici Differenziazione delle tipologie di recupero Gestione integrata del sistema rifiuti

13 Biomasse studiate nel BEM Ammendante torboso composto Reflui dell industria lattiero casearea Effluenti di allevamento Bovino Convenzionale Biologico

14 Risultati ottenuti Realizzazzionedi prototipi di celle funzionanti

15 Risultati ottenuti Isolamento e caratterizzazione di microrganismi elettrigenici

16 Risultati ottenuti Individuazione e caratterizzazione di biomasse utilizzabili comefonte energetica per l alimentazione delle MFC

17 Organizzazione del progetto Coordinamento: CRA-RPS Anna Benedetti CRA-ABP: comunitàbatterica totale presente in MFC Stefano Mocali Universitàdi Firenze: caratterizzazione geneticomolecolare e genomica Renato Fani Universitàdi Viterbo: CRA-RPS: analisi microbiologia applicata allo ecofisiologicabatteri e sviluppo di MFC caratterizzazione matrici Francesco Canganella Melania Migliore Universitàdi Firenze: realizzazioni di celle e sensori elettrochimici Ilaria Palchetti

18 Obiettivo del progetto Isolare nuovi ceppi di microrganismi elettrigenicida differenti suoli e sedimenti al fine di mettrerea punto un sistema in grado di produrre energia elettrica utilizzando come fonte energetica diverse tipologie di biomasse provenienti da differenti filiere agroalimentari

19 Obiettivodel progetto 1) contribuire alla gestione sostenibile dei rifiuti 2) contribuire all individuazione di energie rinnovabili mediante applicazione delle biotecnologie microbiche

20 Phenotype Microarray di batteri elettrogenici e caratterizzazione chimica delle matrici da essi utilizzate per la produzione di energia elettrica mediante Microbial Fuel Cells (MFCs)

21 SCHEMA MFC SUOLO AMMENDANTE SIERO DI LATTE REFLUO ZOOTECNICO NAFION 117

22 Suolo e Ammendante

23 RISULTATI ANALISI CHIMICHE Contenuto di Carbonio Contenuto di C organico totale al tempo iniziale (TOCi), finale (TOC f ) e disciolto (DOC) e i valori relativi al recupero e al consumo netto di C nei sistemi MFC. TOC i 1 Contenuto iniziale C (mg) TOC f 1 Contenuto Finale C (mg) DOC 2 Contenuto C in soluzione (mg) C r 3 % C rilevata C c 4 Consumo C S S A A mg di C in 50g di suolo o ammendante inoculato in ciascuna MFC 2-mg contenuto nella soluzione di buffer fosfato (500ml) 3- Cr=(TOCf+DOC)*100/TOCi 4- Cc=TOCi-(TOCf+DOC)

24 RISULTATI ANALISI CHIMICHE Analisi Termica S- S+ A- A+

25 Refluo Bovino La prova 2 è stata allestita dopo arricchimento della biomassa ed inoculo di questa in MFC con Refluo fresco. In ogni prova è stata affiancata una MFC priva della resistenza e del circuito che consente il passaggio di corrente (Controllo).

26 SIERO di LATTE

27 PHENOTYPE MICROARRAY

28 PHENOTYPE MICROARRAY DNA RNA PROTEINE FENOTIPO-risposta cellulare 3 tecnologia che affianca DNA Microarray e la Proteomica

29 PHENOTYPE MICROARRAY Permette di valutare la risposta cellulare ad un cambiamento genetico o ambientale. Permette di testare migliaia di condizioni colturali in un unica corsa, grazie alla lettura simultanea di un elevato numero di piastre e oltre 1900 substrati diversi.

30 PHENOTYPE MICROARRAY Permette di monitorare sia direttamente che indirettamente i più conosciuti aspetti delle funzioni cellulari: Struttura della superficie cellulare e funzioni di trasporto Catabolismo di C, N, P e S Biosintesi di piccole molecole Sintesi e funzione di macromolecole e meccanismi cellulari Funzioni respiratorie della cellula Stress e funzioni riparative Altre proprietà cellulari

31 Ceppi microbici utilizzati 3 ceppi microbici: 2 ceppi Pseudomonas CMR12a_Phz + (Perneel et al. 2007) e CMR12a_Phz - (Pham et al. 2008) Enterobacter EAN3 (Mocali et al. 2012) Il confronto del ceppo elettrogenico con il suo mutante negativo ha permesso l individuazione di possibili fenotipi riconducibili alla capacità elettrogenica

32 Conclusioni In tutte le matrici utilizzate è stato possibile registrare il passaggio di corrente con intensità differenti in base alle caratteristiche della matrice stessa In suolo e ammendante sono state accertate variazioni qualiquantitative della sostanza organica presente nelle tesi T0 e Tempo finale. Il confronto del ceppo elettrogenico con il suo mutante negativo ha permesso l individuazione di possibili fenotipi riconducibili alla capacità elettrogenica Tali fenotipi, messi a confronto con dati genomici del ceppo elettrogenico isolato dal suolo possono far luce su geni e funzioni responsabili della capacità elettrogenica

33 Grazie per l attenzione! tonnellate/anno