Gli idrocarburi di origine petrolifera possono essere accidentalmente rilasciati in ambiente generando problemi a causa della loro tossicità per l’uomo. Per questo motivo sono state sviluppate diverse tecnologie per la bonifica di siti contaminati da idrocarburi.
È possibile bonificare un sito contaminato utilizzando tecniche chimico-fisiche e biologiche (biorisanamento). Mentre nel primo caso si opera solitamente rimuovendo la matrice contaminata (acqua, suolo o sedimento) o aggiungendo prodotti chimici per favorire la degradazione degli inquinanti, il biorisanamento sfrutta la capacità di diversi gruppi di batteri (o funghi) di rimuovere gli idrocarburi, utilizzandoli come fonte di energia e per la crescita.
La rimozione biologica di contaminati presenta numerosi vantaggi rispetto alle tecnologie tradizionali: è più economica; favorisce un più rapido ed efficiente recupero della funzionalità della matrice contaminata dopo il completamento della bonifica; porta alla rimozione della contaminazione senza la necessità di stoccare il materiale contaminato in apposite discariche. L’obiettivo delle tecnologie di biorisanamento è di stimolare l’attività dei microorganismi degradatori favorendo condizioni adatte alla loro crescita.
Uno degli ostacoli principali alla degradazione microbica degli idrocarburi è rappresentato dal rapido consumo di ossigeno all’interno dei siti contaminati a causa dell’elevata concentrazione di substrati biodegradabili. Risulta quindi necessario fornire ossigeno per la respirazione e questo può implicare alti costi energetici. Diversi gruppi di batteri, tuttavia, possono utilizzare per la respirazione substrati diversi dall’ossigeno, rimuovendo gli idrocarburi anche in condizioni dette anaerobiche.
Recentemente è stata presentata la possibilità di utilizzare dispositivi innovativi, detti sistemi bioelettrochimici (BioElectrochemical Systems, BES), per la stimolazione dell’attività degradativa in assenza di ossigeno. Questi dispositivi sfruttano la capacità di alcuni batteri di degradare la sostanza organica utilizzando un elettrodo per la respirazione cellulare e producendo quindi un segnale elettrico. Il segnale elettrico prodotto può essere sfruttato per in appositi biosensori per il monitoraggio in continuo della degradazione o della concentrazione dei contaminanti, oppure può essere utilizzato per alimentare piccoli dispositivi in-situ.
L’utilizzo di un sistema BES per la stimolazione dell’attività degradativa in ambienti marini, ad esempio, può prevedere il posizionamento di un elettrodo (chiamato anodo) all’interno di sedimenti contaminati, in cui sono presenti condizioni anaerobiche. L’anodo può poi essere collegato ad un secondo elettrodo (catodo) posto nell’acqua. Il catodo si trova quindi ad un potenziale più alto e ed è possibile la produzione di corrente quando i batteri usano l’anodo come accettore di elettroni durante la respirazione. In un sistema simile, l’utilizzo di un anodo di grafite, può costituire un vantaggio, perché i contaminanti possono essere adsorbiti sulla superficie dell’elettrodo, dove vengono co-localizzati batteri e substrati per la crescita.
Una variazione dell’applicazione descritta in precedenza può essere rappresentata dai cosiddetti snorkel elettrochimici, ovvero da bacchette di grafite con un’estremità inserita nel sedimento e affioranti sopra la superficie del sedimento con l’altra estremità. In questo modo la zona anaerobica e la zona aerobica sovrastante risultano elettrochimicamente connesse. In questo caso tuttavia non è possibile generare elettricità perché la connessione è generata usando una sola bacchetta di grafite che attraversa le zone a potenziale redox differente.
I dispositivi BES possono trovare applicazioni anche per la bonifica di falde o suoli contaminati. Inoltre, gli inquinanti che possono essere trattati non sono solo gli idrocarburi. È possibile infatti stimolare anche la riduzione (dealogenazione) di solventi clorurati o la riduzione di metalli.
Diversi studi di laboratorio hanno già dimostrato le potenzialità di questa tecnologia su piccola scala in sistemi relativamente semplici. I prossimi obiettivi della ricerca scientifica dovranno essere volti allo studio di situazioni più complesse (ad esempio co-contaminazioni) e allo scale-up, passando da sistemi a livello di laboratorio ad impianti pilota.
