ITTO20111192A1 - Biopolimeri isolati da biomasse residuali e da fossili, relativi procedimenti di produzione ed usi - Google Patents

Description

“Biopolimeri isolati da biomasse residuali e da fossili, relativi procedimenti di produzione ed usiâ€

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Campo dell’invenzione

La presente descrizione concerne biopolimeri solubili in acqua isolati da biomasse residuali e da materiali fossili, nonché i relativi procedimenti di produzione ed usi.

Sfondo tecnologico

L’interesse nelle biomasse come fonte di energia rinnovabile per lo sviluppo sostenibile nasce sia dalla crisi delle risorse fossili che dalla necessità di gestire crescenti quantità di rifiuti. Poiché il principale uso di petrolio à ̈ nel settore dei combustibili, lo sfruttamento di biomasse à ̈ stato finora pensato esclusivamente a questo scopo e comprende quattro tipi di processi: la combustione, la produzione di biodiesel, e le fermentazioni per la produzione di biogas e bioetanolo. Tali tecnologie sono tuttavia ancora poco remunerative perché i costi di trasformazione della biomassa superano i ricavi conseguiti dal valore del prodotto ottenuto. I motivi risiedono nell’eccessivo contenuto di umidità delle biomasse, nella loro distribuzione su relativamente estese superfici di suolo, nelle basse conversioni di carbonio organico nel prodotto desiderato e nel mancato o scarso utilizzo della frazione non convertita nel combustibile desiderato. Ciò ha fatto sorgere l’idea della bioraffineria alimentata da biomasse residuali, ovvero di uno stabilimento da gestire con la stessa logica strategica delle raffinerie petrolchimiche e carbochimiche, che persegua la valorizzazione di tutti i prodotti ottenuti sia sul mercato energetico che sul mercato chimico. Alcune stime indicano che la sola biomassa residuale annualmente prodotta nel mondo potrebbe virtualmente coprire il fabbisogno energetico oggi soddisfatto dall’uso di petrolio. Ne deriva la prospettiva virtuale di sfruttare la bioenergia potenzialmente contenuta nei residui di coltivazioni agricole, forestali, e di sminuzzamento o lavorazione meccanica del legno, nei residui e deiezioni animali, nei reflui dell’industria della pasta di cellulosa, negli scarti dell’industria alimentare, dei macelli e della lavorazione della carne, nei fanghi di depurazione di fogne urbane, e nei rifiuti solidi urbani.

L’utilizzo sostenibile di tali biomasse residuali dipende tuttavia da un certo numero di parametri che sono connessi sia alla biomassa che alla tecnologia della sua trasformazione.

Dal punto di vista strettamente pratico, e cioà ̈ dell’efficienza di trasformazione dell’energia potenziale di tali biomasse in lavoro utile, i rifiuti solidi urbani (RSU) sono in partenza i più favoriti per via della loro maggior concentrazione in spazi ben delimitati e del loro più elevato contenuto di carbonio organico. La fruibilità dei residui delle coltivazioni agricole varia invece a seconda della loro posizione geografica in funzione dell’intensità locale delle pratiche agricole.

Per quanto attiene all’aspetto tecnologico, i moderni impianti di trattamento di rifiuti sono: a) inceneritori che producono calore da utilizzare in una centrale termica o termoelettrica, b) digestori anaerobici che producono biogas ad uso energetico, c) digestori aerobici che producono materiale compostato. Gli inceneritori incontrano l’ostilità della maggioranza dell’opinione pubblica e delle varie leghe ed associazioni pro-ambiente, mentre gli altri due impianti sono meglio accettati. Gli impianti di compostaggio sono quelli maggiormente improduttivi, per via della scarsa commerciabilità del prodotto. Gli impianti di biogas invece producono un vettore energetico facilmente vendibile. Questi tuttavia soffrono del fatto che i costi di trasformazione della biomassa superano i ricavi conseguiti dal valore del prodotto ottenuto. Tale situazione à ̈ riconducibile all’esistenza di una serie di punti critici connessi all’efficienza di fermentazione della biomassa ed alla mancata valorizzazione della frazione organica non fermentabile convenzionalmente denominata “digestato†. Tentativi di superamento di tali punti critici sono la co-fermentazione di biomasse di natura diversa e lo sviluppo di impianti che combinano la fase di digestione anaerobica con la fase di compostaggio posta a monte od a valle del reattore che produce biogas. Rispetto al semplice processo di compostaggio, nel processo combinato di digestione anerobica e compostaggio la parte organica solida da smaltire à ̈ minore, ma questo non capovolge il saldo negativo netto del costo di trattamento della biomassa.

Sommario dell’invenzione

Tenendo in considerazione queste premesse, à ̈ quindi sentita la necessità di mettere a punto procedimenti di lavorazione delle biomasse residuali e/o materiali fossili per l’ottenimento di prodotti ad alto valore aggiunto, specificamente biopolimeri solubili, utilizzabili in luogo di prodotti chimici derivati dal petrolio.

In accordo con l’invenzione, il suddetto scopo à ̈ ottenuto grazie alla soluzione specificatamente richiamata nelle rivendicazioni allegate, che costituiscono parte integrale della presente descrizione.

In generale, la presente invenzione si riferisce ad una miscela di biopolimeri solubili in acqua comprendente una frazione organica ed una frazione minerale, in cui la frazione organica comprende molecole polimeriche organiche aventi un peso molecolare compreso tra 5 e 500 kDa ed un indice di polidispersione compreso tra 6 e 53 e la frazione minerale comprende composti del silicio, ferro, alluminio, magnesio, calcio, potassio, sodio, rame, nichel, zinco, cromo, piombo.

La miscela di biopolimeri solubili in acqua à ̈ ottenibile mediante un procedimento comprendente:

a. provvedere una biomassa o un materiale fossile contenente una componente organica;

b. idrolizzare a pH basico la biomassa o il materiale fossile ottenendo una fase solida residua ed una fase liquida; e

c. separare la fase liquida mediante:

i. precipitazione a pH acido ottenendo una fase liquida ed un precipitato, il precipitato contenendo la miscela di biopolimeri in forma solida; oppure

ii. filtrazione a membrana ottenendo un ritentato ed un permeato, il ritentato contenendo la miscela di biopolimeri in forma di soluzione o gel.

La miscela di biopolimeri solubili in acqua oggetto della presente descrizione può essere impiegata:

(i) per la bonifica di e/o l’abbattimento di COD in suoli o acque contaminati da sostanze organiche e/o metalli, in particolare metalli pesanti;

(ii) per l’inibizione della mineralizzazione di azoto organico in processi di fermentazione anaerobica di sostanze organiche;

(iii) per promuovere la fotosintesi clorofilliana in piante, preferibilmente in piante destinate all’alimentazione umana e/o animale e conseguentemente aumentare la velocità di crescita delle piante e della produzione agricola;

(iv) per la fabbricazione di manufatti in cui occorre un additivo con proprietà di legante.

Breve descrizione delle figure

L’invenzione verrà ora descritta in modo dettagliato, a puro titolo di esempio illustrativo e non limitativo, con riferimento alle figure allegate, in cui:

- Figura 1. Variazione del contenuto di clorofilla (unità Spad) nelle foglie di peperone al variare della dose di BPS applicata al suolo.

- Figura 2. Relazione degli indici biometrici e di produttività del peperone con il contenuto di clorofilla nelle foglie.

Descrizione dettagliata dell’invenzione

Nella seguente descrizione, sono presentati numerosi dettagli specifici per fornire una comprensione completa delle forme di realizzazione. Le forme di realizzazione possono essere attuate in pratica senza uno o più dei dettagli specifici, o con altri procedimenti, componenti, materiali, ecc. In altri casi, strutture, materiali, od operazioni ben noti non sono mostrati o descritti in dettaglio per evitare di oscurare certi aspetti delle forme di realizzazione.

In tutta la presente specificazione, il riferimento ad “una forma di realizzazione†o “forma di realizzazione†significa che una particolare peculiarità, struttura, o caratteristica descritta in connessione con la forma di realizzazione à ̈ inclusa in almeno una forma di realizzazione. Quindi, la comparsa delle espressioni “in una certa forma di realizzazione†od “in una forma di realizzazione†in vari siti in tutta la presente specificazione non fa necessariamente sempre riferimento alla stessa forma di realizzazione. Inoltre, le particolari peculiarità, strutture, o caratteristiche possono essere combinate in qualsiasi modo adatto in una o più forme di realizzazione.

I titoli qui utilizzati servono semplicemente per convenienza e non interpretano lo scopo od il significato delle forme di realizzazione.

La presente descrizione dimostra che dalla frazione organica umida dei rifiuti solidi urbani (RSU) possono ottenersi biopolimeri solubili (BPS) ad alto valore aggiunto perché utilizzabili in varie applicazioni al posto di prodotti chimici derivati dal petrolio (PCP) o da altri fossili.

Per la loro origine, i suddetti BPS hanno il vantaggio, rispetto ai PCP, di derivare da una risorsa a costo virtualmente nullo, di avere impatto ambientale nullo o positivo, e di offrire un'ampia gamma di prodotti diversi a seconda del tipo di biomassa residuale da cui provengono, senza necessità di costi aggiuntivi per manipolazioni chimiche, ad eccezione della reazione di idrolisi e delle operazioni di frazionamento del prodotto di seguito descritte.

Per analogia con i PCP, i BPS hanno un valore potenziale sul mercato chimico compreso tra 1 e diecine di €/kg, che à ̈ da 5 a centinaia di volte superiore a quello che si ricava dall’impiego della frazione organica delle biomasse residuali come combustibile (circa 0,20 €/kg di organico) o come fertilizzante (circa 0,024 €/kg di organico). Per tutto ciò, i prodotti e processi della presente invenzione, se opportunamente integrati negli attuali impianti di trattamento dei rifiuti urbani, o delle biomasse residuali in genere, possono contribuire alla trasformazione di tali impianti in bioraffineria, nella quale il costo dei processi di trattamento dei rifiuti viene compensato, o superato, dalla vendita dei BPS ad alto valore aggiunto. In tale prospettiva, i rifiuti non rappresenterebbero più un costo per la società, ma una fonte di reddito proveniente da nuove attività imprenditoriali.

La presente descrizione concerne, quindi:

(i) biopolimeri solubili in acqua, isolati da biomasse o materiale fossile contenenti una componente organica, aventi peso molecolare compreso tra 5 e 500 kDalton, indice di polidispersione 6-53, caratterizzati dalla presenza di catene di carbonio alifatico sostituite da anelli aromatici e da diversi gruppi funzionali quali COOH, CON, C=O, PhOH, O-R, OAr, OCO, OMe, and NRR’, ove R and R’ sono gruppi alchilici o H, e dalla presenza di elementi inorganici quali composti del silicio, sodio, potassio, calcio, magnesio, alluminio e ferro, rame, zinco, cromo, cadmio, piombo,

(ii) i relativi procedimenti di ottenimento,

(iii) i relativi usi, quali agenti per la bonifica di suoli ed acque contaminate da sostanze organiche e metalli, inibitori della mineralizzazione di azoto organico nei processi di fermentazione anaerobica, promotori della fotosintesi clorofilliana e quali agenti leganti nella fabbricazione di manufatti.

L’invenzione, che si applica anche ai fossili, à ̈ primariamente intesa alla valorizzazione di biomasse residuali prodotte dalle attività umane quali fonti di prodotti da utilizzare nella tecnologia chimica e ambientale, nonché in agricoltura e zootecnia, in sostituzione di prodotti attualmente in commercio.

Nella prospettiva di applicazione degli oggetti di brevetto a livello industriale, l’invenzione consentirà la trasformazione degli attuali impianti di trattamento dei rifiuti delle attività umane in bioraffinerie per la produzione di combustibili e prodotti ad alto valore aggiunto da riciclare all’industria, con conseguenti benefici economici, ambientali e sociali.

Una prima forma di attuazione della presente descrizione riguarda nuovi prodotti di origine biologica naturale, denominati biopolimeri solubili in acqua (BPS), con composizione di seguito specificata e mai descritta prima in letteratura.

Tali prodotti sono isolati da biomasse residuali di origine urbana, agricola, forestale, agroindustriale, zootecnica (ad esempio deiezioni animali) ed industriale (quale, ad esempio, la lignina proveniente dai processi di produzione di pasta di cellulosa, i residui della lavorazione meccanica del legno, gli scarti dell’industria alimentare e dei macelli, i fanghi derivanti dalla depurazione delle acque di fogna), e da materiali fossili, quali leonardite, lignite, torba, mediante due processi, di seguito denominati processo di separazione per precipitazione (SP) e processo di separazione a membrana (SM).

I BPS derivano le proprietà e le prestazioni di seguito descritte dalla presenza di frazione organica legata a componenti minerali, che ne modulano proprietà e comportamento.

La frazione organica dei BPS à ̈ descrivibile come una miscela di molecole a peso molecolare compreso tra 5 e 500 kDalton, con indice di polidispersione 6-53. Tali molecole polimeriche sono caratterizzate dalla presenza di catene di carbonio alifatico, carbonio aromatico, e gruppi funzionali polari, liberi e/o legati agli elementi minerali di seguito specificati, dando luogo alla seguente composizione chimica in % in peso di sostanza secca: 37 ≤ C ≤ 65; 3 ≤ N ≤ 7; ceneri ≤ 30; Si ≤ 3,0; Fe ≤ 0,9; Al ≤ 0,8; Mg ≤ 1,2; Ca ≤ 6,5; K ≤ 10; Na ≤ 10; Cu ≤ 0,03; Ni ≤ 0,01; Zn ≤ 0,05; Cr ≤ 0,003; Pb ≤ 0,01.

Nella suddetta composizione, N e C significano azoto e carbonio organico distribuiti tra i seguenti tipi di atomi di carbonio e gruppi funzionali con la seguente composizione espressa come frazione molare del carbonio organico totale: 0,3 ≤ Califatico≤ 0,6; CN ≤ 0,1; OMe ≤ 0,1; 0,3 ≤ OR ≤ 0,6; 0,02 ≤ OCO ≤ 0,08; 0,07 ≤ Ph ≤0,30; 0,02 ≤ PhOH ≤ 0,06; PhOR/Ar ≤ 0,09; 0,04 ≤ COOH ≤ 0,12; CON ≤ 0,12; C=O ≤ 0,05 per la quale Califatico= carbonio alifatico legato ad idrogeno e/o ad altro carbonio alifatico e/o a carbonio aromatico, CN = carbonio legato a gruppo amminico, OMe = carbonio in gruppo metossilico; OR = carbonio in gruppo alcossilico, OCO = carbonio anomerico, Ph = carbonio aromatico legato ad idrogeno e/o ad altro carbonio aromatico e/o a carbonio alifatico, PhOH = carbonio fenolico, PhOR/Ar = carbonio fenossilico, COOH = carbonio in gruppi acidi carbossilici, CON = carbonio ammidico, C=O = carbonio chetonico.

La determinazione analitica della composizione dei suddetti BPS Ã ̈ articolata in misure i) degli elementi minerali realizzate mediante assorbimento atomico e ii) di C e N elementari realizzate mediante microanalizzatore, titolazione potenziometrica dei gruppi COOH e PhOH, risonanza magnetica nucleare del<13>C allo stato solido, e in un metodo di elaborazione dei dati descritti dettagliamente nella seguente sezione Esempi.

Una seconda forma di attuazione della presente descrizione concerne il procedimento di ottenimento dei BPS.

Il procedimento di ottenimento dei BPS consiste in due fasi, di seguito denominate fase di idrolisi e fase di separazione dei prodotti di idrolisi.

Nella fase idrolitica, la biomassa residuale (BMR) di seguito specificata (così come la lignina ed i materiali fossili sopra elencati) viene trattata con acqua a pH 8-13 per 2-4 ore con un rapporto solido-liquido 1:4-1:8 ed a temperatura compresa tra 60 e 200 °C. Al termine, la fase solida residua contenente il residuo organico insolubile (ROI) viene decantata dalla fase liquida surnatante contenente le sostanze organiche solubili (SOS) prodotte dall’idrolisi della BMR iniziale.

La separazione dei SOS avviene mediante uno dei due processi SP o SM.

Nel processo SP la fase SOS viene acidificata a pH < 4 per precipitare i BPS, che in tal caso vengono recuperati come solidi per filtrazione o centrifugazione ed opportunamente lavati ed essiccati.

Nel processo SM, la fase SOS viene pompata attraverso moduli di membrane di microfiltrazione (MF), ultrafiltrazione (UF), nano filtrazione (NF) o dialisi, per ottenere un ritentato (RF) e un permeato (PF).

Il ritentato (RF) consiste in una soluzione o gel di BPS a concentrazione fino al 17 % ed al pH desiderato, senza necessità di aggiungere altri reagenti per correggere il pH. Tale ritentato potrà essere utilizzato tal quale oppure opportunamente essiccato per produrre BPS in forma solida.

Il permeato (PF), eventualmente addizionato di alcali per raggiungere il pH desiderato, à ̈ riciclato al reattore di estrazione per l’estrazione del successivo lotto di BMR. All’aumentare del numero di ricicli, il PF si arricchisce di sostanza organica con peso molecolare inferiore a 5000 D fino a saturazione. Quando la concentrazione di tale sostanza organica nel PF à ̈ prossima al suo valore di solubilità, il PF viene sottoposto a dialisi per produrre acqua da riciclare al reattore di estrazione ed una soluzione concentrata di organico, dalla quale per evaporazione dell’acqua si otterrà la sostanza organica solida con peso molecolare inferiore a 5000 D.

I BPS ottenuti come sopra hanno un contenuto di ceneri dell’ordine del 25 %.

BPS con ridotto contenuto di elementi minerali possono essere ottenuti come segue. Il RF ottenuto come sopra viene acidificato a pH 1,5-3, per ottenere un precipitato che viene opportunamente separato per filtrazione o centrifugazione, lavato con HF o HCl concentrato ed essiccato. Come dimostrato più avanti, il ridotto contenuto di elementi minerali condiziona le proprietà del prodotto. Tale riduzione del contenuto di elementi minerali avviene a seguito delle seguenti reazioni:

RCOOM HX = RCOOH MX (1)

PhOM HX = PhOH MX (2)

CN···M HX = CN MX H<+>(3),

ove M rappresenta l’elemento minerale, HX à ̈ l’acido minerale, RCOOM, PhOM e CN···M sono i gruppi acidi carbossilici e fenolici ed il gruppo amminico che legano M con legame ionico o legame donatore-accettore, RCOOH, PhOH e CN···M i gruppi acidi carbossilici e fenolici ed il gruppo amminico liberi, con la notazione che la presenza di tali gruppi non salificati comporta la insolubilità in acqua dei BPS, e quindi consente facilmente la separazione dagli elementi minerali (M) solubili in acqua come cloruri (X = Cl) o fluoruri(X = F).

Una terza forma di attuazione della presente descrizione concerne l’utilizzo di BPS, e relativo processo, quale agenti per la bonifica di suoli ed acque contaminate da sostanze organiche e metalli.

Il processo à ̈ basato sulla interazione tra i BPS in soluzione ed uno o più contaminanti (C) organici o metalli presenti nel suolo o nelle acque da bonificare per formare un addotto in soluzione (BPS-C) e nella separazione di BPS-C mediante precipitazione o ultrafiltrazione. Per le caratteristiche chimiche e proprietà sopra descritte, i BPS hanno la capacità di sequestrare i suddetti contaminanti (C), aumentandone la solubilità in acqua a pH > 4, e poi di precipitare insieme ad essi a pH più acido o di legare tali metalli e composti organici alla loro struttura macromolecolare non consentendo il loro passaggio nel permeato attraverso membrane di ultrafiltrazione.

Tipici esempi di impiego di BPS con le modalità descritte (vedi sezione Esempi) consentono un recupero in forma di BPS-C, sia dei suddetti contaminanti che dei BPS impiegati, dell’ordine del 98-99 %. E’ possibile così ottenere una efficiente bonifica della matrice solida o liquida trattata, con la produzione di effluenti solidi e liquidi di processo riutilizzabili a norma di legge, ad eccezione del BPS-C del quale si può disporre per incenerimento per ottenere un residuo minerale da riciclare eventualmente all’industria chimica.

Tale processo à ̈ applicabile anche per il recupero selettivo di particolari metalli pesanti, quali ad esempio V, Cu, Zn, Cd, Hg, Pb, Ni, Cr, Ag ed altri, da materiali di scarto quali prodotti da incenerimento di rifiuti organici, e per l’abbattimento di COD da effluenti industriali organici, quali ad esempio i bagni esausti di tintura delle fibre tessili ed altri.

Una quarta forma di realizzazione della presente descrizione concerne l’impiego dei suddetti BPS per la inibizione della mineralizzazione di azoto organico nei processi di fermentazione anaerobica di sostanze organiche di qualsiasi natura che avvengono sia nella digestione anaerobica per la produzione di biogas, o biocombustibili in genere, a partire da biomasse residuali o colture dedicate di origine urbana, agricola ed agro-industriale, sia nella fermentazione di alimenti nell’intestino degli animali.

Nei reattori di produzione di biogas, ad esempio, la mineralizzazione della sostanza organica ad opera dei microorganismi naturali porta a formazione di ammoniaca che inibisce la formazione di biogas, riduce la conversione della sostanza organica in biogas e produce un residuo organico (digestato) inadatto alla utilizzazione in agricoltura per l’eccessivo contenuto di azoto minerale.

Nella presente descrizione si dimostra che l’aggiunta di BPS in opportune concentrazioni consente di ottimizzare la conversione della sostanza organica in biogas, sia a livello quantitativo che qualitativo, ottenendo biogas e digestato (ovvero il residuo organico non convertito in biogas) con contenuti di ammoniaca ridotti di almeno 30 % rispetto ai valori ottenuti in assenza di BPS.

Nell’intestino degli animali, la mineralizzazione della sostanza organica ingerita con l’alimento porta ad una minor utilizzo delle proteine per la crescita dell’animale, e perciò alla riduzione della sua velocità di crescita e/o all’aumento delle emissioni gassose degli allevamenti zootecnici.

Nella presente descrizione si dimostra che l’aggiunta di BPS in opportune concentrazioni alla dieta animale consente di diminuire la mineralizzazione dell’azoto organico, di ottenere emissioni gassose e feci con minor contenuto di azoto inorganico, e di aumentare o non rallentare la velocità di crescita dell’animale.

In conclusione, oltre ad aumentare l’efficienza dei processi di digestione anaerobica, i BPS consentono di ottenere un effluente di processo gassoso, liquido e/o solido (digestato o feci) con diminuito impatto ambientale, nella misura in cui l’eccessivo contenuto di azoto inorganico nell’effluente di processo immesso in atmosfera o nel suolo, raggiungendo le falde acquifere, possa causare i noti effetti negativi sull’ambiente.

Una quinta forma di realizzazione della presente invenzione riguarda l’impiego di BPS quali leganti.

Nella presente descrizione si dimostra l’utilizzo di BPS come legante per la fabbricazione di manufatti in forma desiderata, aventi una componente organica oppure una componente a base di ossidi inorganici. Come esempio si riporta di seguito la fabbricazione di pellet di mangimi animali, ma la proprietà di legante à ̈ estendibile anche ai settori dell’edilizia, ad esempio nella preparazione di cementi, o piastrelle di ceramiche, o fondi stradali, o altri settori in cui tali proprietà leganti possano trovare impiego.

Ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione concerne l’impiego dei suddetti BPS a concentrazioni tali da promuovere la fotosintesi clorofilliana e pertanto aumentare la velocità di crescita delle piante e della produzione agricola.

Nella presente descrizione si dimostra che l’aggiunta di BPS in opportune concentrazioni al suolo destinato a coltivazioni agricole di qualsiasi natura consente un aumento di clorofilla nelle foglie, insieme ad un più veloce e maggior accrescimento della pianta, ad un anticipo della maturazione del frutto ed ad un aumento della produttività della pianta. Un tipico esempio à ̈ fornito dai dati ottenuti nella coltivazione peperone in serra di seguito riportati.

Processo di ottenimento di BPS tramite idrolisi alcalina e separazione a membrana.

In un reattore munito di agitatore meccanico e camicia esterna per il riscaldamento tramite fluido diatermico o elettrico, una parte in peso di campione di biomassa residuale (BMR) di origine urbana, agricola o agroindustriale, come ad esempio compost ottenuto da frazione organica umida, viene trattato con 4 parti in peso di acqua alcalina a pH 13, contenente NaOH o KOH, a 65 °C per 4 ore sotto agitazione. Al termine della reazione, si ferma l’agitazione, si lascia decantare la sospensione per 1-4 ore, finché la fase liquida surnatante scorre liberamente attraverso un setaccio di 0,125 mm. Ciò consente di raccogliere in un vaso di prestito un volume di liquido, pari al 70 % del volume di acqua alcalina inizialmente aggiunta, che contiene sostanza organica solubile (SOS), prodotto dell’idrolisi della sostanza organica lignocellulosica iniziale contenuta nella BMR.

La restante parte dell’acqua alcalina iniziale resta assorbita dalla fase solida iniziale che al termine della reazione si presenta come una fanghiglia depositata al fondo del reattore. Questa fanghiglia contiene il residuo organico insolubile (ROI), insieme al SOS contenuto nella fase liquida assorbita.

Il ROI viene poi lavato con un volume di acqua fresca pari al 30 % del volume di acqua alcalina inizialmente aggiunta, tenendo la sospensione risultante sotto agitazione a temperatura ambiente per 1 ora, quindi lasciando sedimentare per 1 ora e separando la fase liquida surnatante per decantazione.

Le due fasi liquide decantate riunite, aventi un volume circa pari all’acqua alcalina inizialmente aggiunta nella fase di idrolisi, contengono SOS al 3 % circa di sostanza secca ed a pH circa 10.

Il SOS totale viene quindi ultra-filtrato attraverso una membrana con cut off di 5 kD con pressione di 4 bar in entrata e 2 bar in uscita, fino ad ottenere un ritentato (SOSRUF) di volume pari al 25 %, o meno, di quello in entrata alla unità di ultrafiltrazione. Ciò consente di alzare la concentrazione della sostanza solida in soluzione di molte volte, fino al 17 % in peso.

Il permeato della ultrafiltrazione (SOSPUF), avente pH circa 11, contiene 0,5 %, o meno, di sostanza organica solubile con peso molecolare inferiore a 5 kD.

Al contrario, il SOSRUF contiene i BPS con peso molecolare maggiore di 5 kD, aventi composizione chimica entro i limiti sopra riportati.

Il SOSRUF può essere essiccato per ottenere i BPS solidi oppure utilizzato in soluzione a seconda dei desideri dell’utilizzatore. Il SOSPUF viene riciclato al reattore di idrolisi per il lavaggio del ROI, oppure per ripetere il trattamento idrolitico sullo stesso ROI, oppure per l’idrolisi di nuova BMR fresca. La reazione di idrolisi può essere condotta a vari pH nell’intervallo 9-13, tuttavia la resa di reazione in BPS secco rispetto alla BMR iniziale diminuisce all’aumentare del pH dal 30 al 5 % in peso. Inoltre, a seconda del tipo di BMR da trattare, può essere necessario aumentare la temperatura della reazione di idrolisi fino a 200 °C lavorando sotto pressione autogena al fine di aumentare la resa in BPS.

Processo di ottenimento di BPS tramite idrolisi alcalina e precipitazione.

L’idrolisi della BMR ed il lavaggio del ROI vengono condotti come sopra descritto. Tuttavia, la soluzione di SOS risultante viene acidificata con un acido minerale a pH < 4 per ottenere un precipitato, che viene centrifugato, separato dalla fase liquida acida, lavato con ugual volume di acqua, ed essiccato per ottenere BPS con caratteristiche chimiche entro i limiti sopra riportati e rese dipendenti dal pH di idrolisi e dalla temperatura come sopra riportato per il processo a membrana.

Processo di ottenimento di BPS con ridotto contenuto di elementi minerali.

I BPS ottenuti con il processo a membrana vengono precipitati dalla soluzione di SOS a pH < 4 oppure, se in forma solida, sono lavati con HCl in rapporto solido/liquido peso/volume 1/2-1/4, in funzione della concentrazione della soluzione di HCl. Il solido ottenuto à ̈ lavato con acqua fino a pH 3 delle acque di lavaggio, poi lavato con HF concentrato in rapporto solido/liquido peso/volume 1/4, ed infine rilavato con acqua fino a pH 3 ed essiccato. Allo stesso modo, i BPS ottenuti con il processo per precipitazione sono lavati con acqua fino a pH 3 delle acque di lavaggio, poi con HF concentrato in rapporto solido/liquido peso/volume 1/4, ed infine nuovamente con acqua fino a pH 3 ed essiccati.

Caratterizzazione dei BPS.

Le concentrazioni degli elementi minerali sono ottenute dopo mineralizzazione del campione HNO3-HF in rapporto v/v 1:3 ed analisi mediante assorbimento atomico. Le analisi di C e N sono ottenute con microanalizzatore elementare del tipo C. Erba NA-2100.

Il contenuto di gruppi acidi carbossilici e fenolici viene ottenuto per titolazione potenziometrica come segue. Si fa bollire acqua deionizzata sotto azoto per rimuovere la CO2disciolta. Tale acqua viene usata per la preparazione delle soluzioni di reagenti. Il campione di BPS viene sciolto a concentrazione di 0,6 g/L in 1 N KOH.

La soluzione risultante a pH ≥ 13 viene titolata con HCl 1N. Nello stesso modo viene titolato un campione (che chiameremo bianco) contenente la stessa quantità di alcali del campione di BPS, ma senza BPS. Le titolazioni vengono fatte con titolare automatico Cryson Compact avente risoluzione di 1 Î1⁄4l di titolante. In tali condizioni si ottengono curve pH contro volume di titolante mostranti due punti di inflessione dai quali si può calcolare la concentrazione di COOH e PhOH con il metodo di Graam (Brunelot e coll., Chemosphere 1989, 19, 1413-1419).

Le determinazioni dei tipi di carbonio organico e gruppi funzionali vengono fatte utilizzando i dati acquisiti con spettroscopia NMR 13 C allo stato solido a 67,9 MHz utilizzando la tecnica “cross-polarization magic angle spinning (CPMAS)†e per ciascun spettro le seguenti condizioni: “10<4>free induction decays were accumulated; the pulse repetition rate was set at 0.5 s, the contact time at 1 ms, the sweep width was 35 KHz and MAS was performed at 5 kHz†. I chemical shifts (Î ́, ppm) dei segnali NMR, riferiti al tetrametilsilano, ottenuti in queste condizioni vengono assegnati ai tipi di C e gruppi funzionali, identificati dalle abbreviazioni sopra riportate, in funzione dei seguenti intervalli di risonanza: 0-53 ppm Califatico, 53-63 ppm O-Me or CN, 63-95 ppm OR, 95-110 ppm OCO, 110-140 ppm Ph, 140-160 ppm PhOH e PhOR/Ar, 160-185 ppm COOH e CON, 185-215 ppm C=O.

Dall’integrazione dei segnali NMR si ottiene la distribuzione molare percentuale dei suddetti tipi di C e gruppi funzionali.

In base alla distribuzione del C ed N elementare tra i suddetti gruppi funzionali e tipi di atomi di C , ed ai dati ottenuti dall’analisi elementare di C ed N e dalla titolazione potenziometrica, si calcolano, mediante un semplice sistema di equazioni basato sul principio del bilancio di massa del carbonio e dell’azoto, i dati che caratterizzano la sostanza organica dei BPS sopra riportati.

Il peso molecolare viene determinato mediante “size exclusion chromatography (SEC)†accoppiata a rivelatore “multi-angle light scattering (MALS)†in linea.

Utilizzo di BPS, e relativo processo, per la bonifica di suoli contaminati da sostanze organiche e metalli.

Suolo, contaminato da prodotti di origine antropica, sia essi organici che inorganici contenenti metalli indesiderati, o a concentrazione oltre i limiti di legge, quali V, Cu, Zn, Cd, Hg, Pb, Ni, Cr, Ag, viene trattato con una soluzione acquosa contenente BPS in rapporto BPS/suolo = 0,01-1 ed acqua/suolo = 5-10.

La soluzione ed il suolo vengono lasciati in contatto fino al raggiungimento dell’equilibrio, evidenziato dal fatto che la concentrazione di contaminante nella soluzione non varia nel tempo. La soluzione viene quindi separata dal suolo per decantazione o centrifugazione.

A seconda del tipo di suolo e del contaminante, il lavaggio del suolo con soluzione fresca di BPS può essere ripetuto varie volte finché la concentrazione del contaminante nel suolo non scende al di sotto del valore desiderato.

Le aliquote di soluzione di BPS recuperate dal lavaggio del suolo vengono riunite e trattate mediante processo di precipitazione o di separazione a membrana.

Nel primo caso, la soluzione di BPS contenente i contaminanti asportati dal suolo à ̈ acidificata con un acido minerale a pH < 4 per ottenere un precipitato contenente il contaminante (C) legato ai BPS (BPSC-PR), il quale viene centrifugato e separato dalla fase liquida acida. Il BPSC-PR può essere incenerito per mineralizzare tutta la parte organica, mentre tutta la parte inorganica può essere riciclata come concentrato di elementi minerali ad altri utilizzi specifici. La fase liquida acida viene riutilizzata per precipitare altro BPSC-PR ottenuto dal lavaggio di altra aliquota di suolo.

Nel secondo caso, la soluzione di BPS contenente i contaminanti viene ultra-filtrata attraverso una membrana con cut off di 5 kD con pressione di 4 bar in entrata e 2 bar in uscita, fino ad ottenere un ritentato (BPSC-RUF) di volume pari al 25 %, o meno, di quello in entrata alla unità di ultrafiltrazione. Il BPSC-RUF può essere essiccato ed incenerito come il BPSC-PR, mentre il permeato della ultrafiltrazione (PUF) à ̈ utilizzato per preparare soluzione fresca di BPS da utilizzare per il lavaggio di altra aliquota di suolo.

Tale procedimento di lavaggio può essere effettuato anche in continuo regolando opportunamente il tempo di contatto tra soluzione di BPS e suolo in funzione del suolo da trattare e dei contaminanti da rimuovere.

Tipicamente, procedendo come sopra, ed ottimizzando i parametri di processo, quali rapporto soluzione di lavaggio/suolo, rapporto BPS/suolo, tempo di contatto tra suolo e soluzione di lavaggio, Ã ̈ possibile ottenere suolo con concentrazione residua di contaminanti al disotto di pochi ppm e raggiungere livelli di abbattimento di COD e contaminante dalle soluzioni di lavaggio a livelli del 99 %, sia mediante il processo di precipitazione sia mediante ultrafiltrazione.

L’utilizzo di BPS a ridotto contenuto di minerali per il processo di bonifica di suoli consente di aumentare l’efficienza del processo di decontaminazione riferita all’unità in peso di BPS, ma comporta anche maggior assorbimento di BPS da parte del suolo.

Si ritiene che il fenomeno sia dovuto allo scambio di cationi tra il suolo ed il BPS utilizzato. Pertanto, il tipo di BPS da utilizzare dipende dal tipo di suolo da trattare.

La presente invenzione riguarda un’ampia varietà di BPS, la cui composizione dipende sia dai materiali dai quali sono derivati sia dal processo applicato. L’esperto del ramo à ̈, pertanto, in grado di scegliere il tipo di BPS ed ottimizzarne le condizioni di applicazione a seconda del caso in oggetto.

Utilizzo di BPS, e relativo processo, per la bonifica di acque di falda o reflui industriali contaminati da sostanze organiche e metalli.

Acque di falda o reflui industriali contaminati da prodotti di origine antropica, sia organici che inorganici contenenti metalli indesiderati quali V, Cu, Zn, Cd, Hg, Pb, Ni, Cr, Ag, vengono addizionati di BPS solido o in soluzione per ottenere una soluzione finale contenente 0,1-10 % di BPS. Tale soluzione viene trattata per precipitazione o ultrafiltrazione come sopra descritto. Ottimizzando opportunamente i parametri di processo, quali concentrazione di BPS, tempo di contatto tra BPS e contaminante in soluzione à ̈ possibile raggiungere livelli di abbattimento di COD e contaminante dalle soluzioni trattate a livelli del 99 %, sia mediante il processo di precipitazione che mediante ultrafiltrazione.

Impiego di BPS per la inibizione della mineralizzazione di azoto organico nei processi di fermentazione anaerobica di sostanze organiche nei reattori di produzione di biogas alimentati con colture dedicate o con biomasse residuali di origine urbana, agricola o zootecnica.

Una sospensione acquosa al 3-40 % di biomassa, sia essa coltura dedicata, residuo di origine urbana proveniente da raccolta differenziata, refluo zootecnico o di industria agroalimentare, contenente azoto proteico, addizionata di BPS a livello di 0,1-1 % nella suddetta sospensione, e sottoposta a digestione anaerobica, riduce la concentrazione di ammoniaca in fase gas ed in fase liquida del 20-30 % rispetto allo stesso processo condotto in assenza di BPS.

Ad esempio, la digestione anaerobica di frazione organica umida proveniente da raccolta differenziata condotta in sospensione acquosa a concentrazione di 3 % di sostanza secca in reattore continuo tenuto a 55 °C, allo stato stazionario, dà biogas con contenuto di 0,8 ppm di ammoniaca, 35 % di metano e 30 % di anidride carbonica, e sospensione acquosa con contenuto di ammoniaca di 1065 mg L<-1>e di azoto totale di 1494 mg L<-1>.

La stessa digestione condotta in presenza di 0,2 % di BPS dà biogas contenente 50 % di metano,30 % di anidride carbonica, ed ammoniaca a concentrazione inferiore a 0,6 ppm, e sospensione acquosa con contenuto di ammoniaca inferiore a 700 mg L<-1>e di azoto totale di 1300 mg L<-1>.

Impiego di BPS per la inibizione della mineralizzazione di azoto organico nei processi di fermentazione anaerobica di alimenti nell’intestino degli animali.

Esempio a. Prove in vitro di fermentazione di alimento proteico nell’intestino cecale prelevato da suini addizionato con BPS.

I seguenti materiali vengono usati: soluzione contenente 11 % di BPS; alimento consistente in mangime per suini contenente 4,4 % di proteina greggia, 8,68 % di fibra greggia, 4,96 % di grassi greggi, 45,7 % di amido ottenuto dopo predigestione in vitro con pepsina ed HCl, e poi con pancreatina a pH 7,5 in presenza di tampone fosfato, ciascuna predigestione effettuata per 4 ore a 39 °C; liquido ciecale raccolto al macello da suini macellati da non più di 20 minuti, poi conservato in sacchetti di nylon mantenuti a 35 °C, dai quali viene espulsa l’aria, fino all’ utilizzo in laboratorio.

Ciò posto, una opportuna quantità di soluzione acquosa madre contenente 11,7 % di BPS secco viene diluita a 20 g con una soluzione di saliva artificiale. Una aliquota di questa soluzione (2 ml) viene diluita a 25 ml aggiungendo 7,7 ml di contenuto cecale. La soluzione di BPS nel contenuto cecale viene quindi incubata a 39 °C per 24 ore. Durante la fermentazione si eseguono analisi dell’ammoniaca, del volume di gas sviluppato e degli acidi grassi volatili.

I risultati mostrano le seguenti variazioni per la fermentazione eseguita in presenza di 0,1-0,2 % di BPS a confronto con la stessa fermentazione in assenza di BPS (controllo):

(1) La quantità totale e la velocità di formazione di gas diminuisce dal 6 al 40 % a seconda della composizione di BPS;

(2) tutti i BPS inducono aumento della concentrazione di acidi grassi nel brodo di fermentazione;

(3) la concentrazione di ammoniaca diminuisce dal 8 al 20 % a seconda della composizione di BPS;

(4) i massimi effetti si osservano per BPS isolato da compost di residui vegetali.

I dati dimostrano che i BPS interferiscono nel processo di fermentazione, inibendo la mineralizzazione dell’azoto organico.

Esempio b. Prove in vivo di alimentazione di conigli con formulato contenente alimento proteico addizionato di BPS.

Conigli svezzati a 35 giorni di 1 kg circa di peso cadauno vengono sistemati in gabbie normali (132) e in gabbie metaboliche (18) ed alimentati per 63 giorni con mangime di controllo (Tabella 1) e con lo stesso mangime contenente 0,05 % e 0,25 % di BPS, fino a portarli a peso vivo di 2,8-3,0 kg.

I risultati mostrano che nel periodo di prova, il consumo giornaliero di mangime per coniglio oscilla tra 100 e 140 g. Il monitoraggio delle emissioni gassose mostra, rispetto al controllo, diminuita emissione di ammoniaca del 5 % per il trattamento con 0,05 % BPS e 27 % per il trattamento con 0,25 % BPS, diminuita emissione di metano ammoniaca del 5 % per il trattamento con 0,05 % BPS e 19 % per il trattamento con 0,25 % BPS, nessuna differenza nelle emissioni di protossido di azoto e anidride carbonica dovuta ai due trattamenti con BPS.

Nessuna differenza tra controllo e trattamento con mangime contenente BPS risulta sugli indici produttivi in vita, quali peso vivo dell’animale, consumo medio giornaliero, indice di conversione alimentare, e si rilievi alla macellazione e qualità delle carni.

I risultati sull’alimentazione in vivo degli animali concordano con quelli ottenuti nelle prove di fermentazione in vitro di alimento proteico nell’intestino cecale prelevato da suini e, per la parte che riguarda la diminuita mineralizzazione dell’azoto proteico, con quelli ottenuti nelle prove di fermentazione nei reattori di produzione di biogas, confermando e validando la proprietà dei BPS di diminuire l’impatto ambientale delle emissioni gassose degli allevamenti e dei reattori di biogas.

Da sottolineare che, nello specifico esempio dell’allevamento di conigli qui riportato, l’aggiunta di BPS al mangime non apporta miglioramento, ma neanche peggioramento degli indici produttivi, a fronte del miglioramento delle emissioni gassose. In tale applicazione, gli elementi minerali contenuti nei BPS, come memoria della materia prima da cui sono stati isolati, costituiscono fattori importanti della dieta animale, e contribuiscono a mantenere gli indici produttivi degli animali. Ciò non à ̈ vero per i BPS a ridotto contenuto di elementi minerali. Per tali prodotti, ottenuti mediante trattamento con HCl/HF dei BPS tal quali così come isolati dalla materia prima originale (vedi reazioni 1-3 sopra riportate), l’azione degli acidi minerali impiegati comporta la liberazione dei gruppi acidi e/o complessanti (COOH, PhOH, CN) presenti nel prodotto. Tali gruppi funzionali, non essendo più legati agli elementi minerali originali, sono più reattivi e capaci di legare e sequestrare gli oligoelementi essenziali presenti nella dieta animale somministrata, rendendoli in tal modo meno disponibili per il metabolismo animale, con conseguente diminuito accrescimento dell’animale e/o insorgenza di altri disturbi metabolici.

La presente invenzione riguarda un’ampia varietà di BPS, la cui composizione dipende sia dai materiali dai quali sono derivati sia dal processo applicato. L’esperto del ramo à ̈, pertanto, in grado di scegliere il tipo di BPS ed ottimizzarne le condizioni di applicazione a seconda del caso in oggetto.

Tabella 1. Composizione di mangime per prova in vivo di alimentazione conigli: mangime di controllo e mangime contenente 0,05 % (low SOS) e 0,25 % (high SOS) di BPS.

Controllo Low SOS High SOS Materia Quantità Quantità Quantità % % % Farina erba medica 30,00 30,00 30,00 Farina di orzo 19,40 19,40 19,40 Polpe secche di

bietola14,00 14,00 14,00 Crusca di frumento 20,20 20,15 20,00 f.e. soia 6,00 6,00 6,00 f.e. girasole 6,00 6,00 6,00 f. mais granella 0,40 0,40 0,35 Olio di soia 1,00 1,00 1,00 Melasso 1,50 1,50 1,50 Fosfato bi calcico 0,50 0,50 0,50 Int. Vit. Minerale 1,00 1,00 1,00 SOS 0,00 0,00 0,25 Totale 100,00 100,00 100,00

Impiego di BPS quale legante per aumentare la coesione e proprietà meccaniche di pellets.

In un miscelatore si preparano 15 kg di un formulato base aggiungendo gli ingredienti elencati in Tabella 1, a eccezione di melasso, olio di soia, vitamine e BPS. Tale miscela si divide in tre parti uguali. La prima si utilizza come controllo. Alla seconda e terza aliquota viene aggiunto BPS in concentrazione di 5 e 10 % rispettivamente.

Le tre aliquote vengono perciò pellettate attraverso apposita macchina pellettatrice. I manufatti vengono saggiati per la resistenza alla compressione ed al taglio ottenendo i seguenti risultati.

Resistenza al taglio: controllo 5,19 kg, BPS 5 % 5,78 kg, BPS 10 % 5,95 kg

Resistenza alla compressione: controllo 442 newton, BPS 5 % 561 newton, BPS 10 % 505 newton.

Lo stesso effetto non si ottiene utilizzando BPS a ridotto contenuto di elementi minerali. Senza volersi vincolare ad alcuna teoria al riguardo, i presenti inventori ritengono che la silice presente nei BPS sia legata ai gruppi funzionali acidi e/o complessanti dei BPS (vedi reazioni 1-3 sopra riportate), sia in tal modo particolarmente reattiva per stabilire legami con i gruppi funzionali degli ingredienti del formulato in Tabella 1 e sortisca così l’effetto di aumentare la coesione e proprietà meccaniche di pellets. I dati mostrano che i BPS aumentano la resistenza meccanica del pellet. L’effetto à ̈ dovuto alla presenza della silice legata alla parte organica dei BPS la quale à ̈ capace di interagire con la matrice da pellettare e fungere da ponte che lega la parte organica del BPS alla matrice da pellettare.

Tali proprietà leganti dei BPS si esplicano anche nei confronti di manufatti a base di ossidi inorganici, quali silice, biossido di titanio, ossidi di calcio, magnesio, allumino e ferro, con i quali la silice reattiva presente nei BPS reagisce creando legami BPS-Si-O-M, ove M à ̈ un atomo di metallo. Ad esempio, l’aggiunta di BPS ad un ossido metallico o miscela di ossidi metallici diversi in sospensione acquosa al 30 % di solidi sospesi, costituiti da 1 parte di BPS e 2-10 parti di ossido metallico, seguita da essiccazione dà un oggetto solido che assume la forma del recipiente nel quale viene fatta la miscelazione. Questo oggetto, a seguito di trattamento termico a 600-800 °C, acquisisce maggiore resistenza meccanica dell’oggetto formato nello stesso modo, ma in assenza di BPS.

Impiego di BPS a concentrazioni tali da promuovere la fotosintesi clorofilliana e pertanto aumentare la velocità di crescita delle piante e della produzione agricola.

In questo esempio viene utilizzata una soluzione di BPS a pH di 10,4 con contenuto di sostanza secca pari al 14,2% e 10 % di sostanza organica netta.

La prova viene eseguita per dimostrare l’effetto della dose di BPS applicato al suolo nel quale vengono coltivate piante di peperone.

In un disegno sperimentale a blocchi randomizzati ripetuto 3 volte vengono posti a confronto con un testimone non trattato 6 dosi di BPS pari a 50, 250, 500, 1000, 2500 e 5000 kg di soluzione di BPS per ettaro.

I rilievi effettuati nella prima parte del ciclo colturale prevedono la misura dell’accrescimento delle piante nelle parcelle diversamente trattate a 30, 60 e 90 giorni dal trapianto, rilevando il vigore della coltura, la statura delle piante ed il diametro del fusto.

A cadenza mensile sulle foglie più giovani e completamente sviluppate viene rilevato il contenuto in clorofilla mediante misuratore portatile SPAD-502 (Minolta Chlorophil Meter).

Vengono rilevati anche la produzione totale e commerciale, la determinazione dei frutti commerciali e di scarto (numero e peso), la precocità di produzione intesa come la produzione avuta nella prima settimana di raccolta, il peso medio delle bacche, la lunghezza e lo spessore del frutto e lo spessore del pericarpo.

I risultati mostrano che, rispetto al controllo, il contenuto di clorofilla delle foglie (Figura 1) aumenta all’aumentare della dose di BPS fino ad un massimo in corrispondenza della dose di 1000 kg di soluzione di BPS per ettaro, e poi diminuisce per dosi superiori.

Tutti i dati biometrici e di produttività delle sono direttamente correlati al contenuto di clorofilla delle foglie (Figura 2).

I dati dimostrano l’effetto dei BPS sulla resa della reazione di sintesi della clorofilla, e di conseguenza sull’accrescimento e produttività della pianta.

Per il caso specifico del peperone, indicano che esiste una dose ottimale di BPS in corrispondenza del quale i suddetti effetti sono massimi.

L’effetto di aumentare la produzione di clorofilla da parte dei BPS à ̈ dovuto sia alla natura della fase organica capace di assorbire la luce e generare radicali OH che catalizzano il complesso processo della sintesi clorofilliana, sia alla presenza degli elementi inorganici, come il Mg componente essenziale della struttura molecolare della clorofilla, e degli altri elementi minerali importanti nutrienti della pianta.

Tutti questi elementi minerali, legati alla parte organica solubile dei BPS, divengono maggiormente biodisponibili perché solubili, e perciò in grado di essere trasportati velocemente dal suolo alla pianta dove possono esplicare la loro azione per la crescita della pianta.

Claims (23)

1. RIVENDICAZIONI 1. Miscela di biopolimeri solubili in acqua, i biopolimeri comprendendo una frazione organica ed una frazione minerale, la frazione organica comprendendo molecole polimeriche organiche aventi un peso molecolare compreso tra 5 e 500 kDa ed un indice di polidispersione compreso tra 6 e 53, la miscela di biopolimeri essendo ottenibile mediante un procedimento comprendente: a. provvedere una biomassa o un materiale fossile contenente una componente organica; b. idrolizzare a pH basico la biomassa o il materiale fossile ottenendo una fase solida residua ed una fase liquida; e c. separare la fase liquida mediante: i. precipitazione a pH acido ottenendo una fase liquida ed un precipitato, il precipitato contenendo la miscela di biopolimeri in forma solida; oppure ii. filtrazione a membrana ottenendo un ritentato ed un permeato, il ritentato contenendo la miscela di biopolimeri in forma di soluzione o gel.
2. 2. Miscela di biopolimeri secondo la rivendicazione 1, in cui la biomassa à ̈ selezionata fra una biomassa di origine: urbana, agricola, agroalimentare, zootecnica ed industriale.
3. 3. Miscela di biopolimeri secondo la rivendicazione 1, in cui il materiale fossile à ̈ selezionato fra: leonardite, lignite e torba.
4. 4. Miscela di biopolimeri secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase di idrolisi à ̈ condotta trattando una parte in peso di biomassa o materiale fossile con almeno due, preferibilmente quattro, parti in peso di acqua a pH basico.
5. 5. Miscela di biopolimeri secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’idrolisi à ̈ condotta a pH compreso tra 8 e 13.
6. 6. Miscela di biopolimeri secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’idrolisi à ̈ condotta a temperatura compresa tra 60 e 200 °C.
7. 7. Miscela di biopolimeri secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase solida residua à ̈ lavata con acqua sotto agitazione e lasciata sedimentare, ottenendo una fase liquida surnatante.
8. 8. Miscela di biopolimeri secondo la rivendicazione 7, in cui la fase liquida surnatante à ̈ addizionata alla fase liquida ottenuta nella fase di idrolisi basica.
9. 9. Miscela di biopolimeri secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la precipitazione a pH acido à ̈ condotta a pH inferiore a 4.
10. 10. Miscela di biopolimeri secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 8, in cui la filtrazione a membrana à ̈ realizzata mediante microfiltrazione, ultrafiltrazione, nanofiltrazione o dialisi.
11. 11. Miscela di biopolimeri secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 8 o 10, in cui la filtrazione a membrana à ̈ realizzata con una membrana avente un cut off di 5 kDa.
12. 12. Miscela di biopolimeri secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la frazione organica contiene in % in peso di sostanza secca 37 ≤ C ≤ 65; 3 ≤ N ≤ 7, in cui N e C sono distribuiti con la seguente composizione espressa come frazione molare del carbonio organico totale: 0,3 ≤ Califatico≤ 0,6; CN ≤ 0,1; OMe ≤ 0,1; 0,3 ≤ OR ≤ 0,6; 0,02 ≤ OCO ≤ 0,08; 0,07 ≤ Ph ≤0,30; 0,02 ≤ PhOH ≤ 0,06; PhOR/Ar ≤ 0,09; 0,04 ≤ COOH ≤ 0,12; CON ≤ 0,12; C=O ≤ 0,05.
13. 13. Miscela di biopolimeri secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la frazione minerale contiene in % in peso di sostanza secca: ceneri ≤ 30; Si ≤ 3,0; Fe ≤ 0,9; Al ≤ 0,8; Mg ≤ 1,2; Ca ≤ 6,5; K ≤ 10; Na ≤ 10; Cu ≤ 0,03; Ni ≤ 0,01; Zn ≤ 0,05; Cr ≤ 0,003; Pb ≤ 0,01.
14. 14. Miscela di biopolimeri secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la miscela di biopolimeri à ̈ sottoposta ad una ulteriore operazione d. di lavaggio con una soluzione a pH acido, preferibilmente a base di HCl e/o HF, preferibilmente a pH inferiore a 3, ottenendo una miscela di biopolimeri con un contenuto ridotto della frazione minerale.
15. 15. Procedimento per la bonifica di suoli contaminati da sostanze organiche e/o metalli inquinanti comprendente: a. provvedere una soluzione acquosa contenente una miscela di biopolimeri secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 14; b. porre a contatto almeno una volta il suolo contaminato con la soluzione; c. separare il suolo dalla soluzione, la soluzione contenendo le sostanze organiche e/o i metalli inquinanti, ottenendo un suolo decontaminato.
16. 16. Procedimento per la bonifica e/o l’abbattimento di COD di acque contaminate da sostanze organiche e/o metalli inquinanti comprendente: a. provvedere una miscela di biopolimeri secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 14; b. addizionare la miscela di biopolimeri all’acqua contaminata ottenendo una soluzione; c. separare le sostanze organiche e/o i metalli inquinanti dalla soluzione mediante precipitazione o ultrafiltrazione, ottenendo acqua purificata.
17. 17. Procedimento per inibire la mineralizzazione di azoto organico in processi di fermentazione anaerobica di una biomassa comprendente: a. provvedere una miscela di biopolimeri secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 14; b. addizionare la miscela di biopolimeri alla biomassa, la biomassa essendo preferibilmente sotto forma di sospensione acquosa; c. sottoporre a fermentazione anaerobica la biomassa addizionata della miscela di biopolimeri, ottenendo un digestato ed un biogas con ridotto contenuto di ammoniaca.
18. 18. Uso di una miscela di biopolimeri secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 14 per la bonifica di e/o l’abbattimento di COD in suoli o acque contaminati da sostanze organiche e/o metalli, preferibilmente metalli pesanti.
19. 19. Uso di una miscela di biopolimeri secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 14 per l’inibizione della mineralizzazione di azoto organico in processi di fermentazione anaerobica di sostanze organiche.
20. 20. Miscela di biopolimeri secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 14 per uso nell’alimentazione animale, la miscela di biopolimeri essendo addizionata ad un mangime animale per ridurre la mineralizzazione dell’azoto proteico contenuto nel mangime durante la digestione del mangime da parte dell’animale.
21. 21. Uso di una miscela di biopolimeri secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 14 per promuovere la fotosintesi clorofilliana in piante, preferibilmente in piante destinate all’alimentazione umana e/o animale.
22. 22. Uso di una miscela di biopolimeri secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 14 quali agenti leganti nella fabbricazione di manufatti.
23. 23. Uso secondo la rivendicazione 22, in cui i manufatti contengono una componente organica oppure una componente a base di ossidi inorganici.