12.5.1 Biodegradazione
Perché i componenti del biodiesel sono più facilmente biodegradabili dei combustibili fossili, possono essere degradati rapidamente in ambienti acquatici (Zhang et al., 1998). In generale, anche se la relazione diretta tra il grado di insaturazione degli esteri degli acidi grassi e la degradazione del biodiesel non è ancora chiara, un alto grado di insaturazione rende il biodiesel chimicamente meno stabile, quindi l’ossidazione e la successiva degradazione è più favorevole (DeMello et al., 2007). Anche il tasso di biodegradazione degli esteri di acidi grassi con diversi numeri di carbonio non ha regole coerenti (Miller e Mudge, 1997; DeMello et al., 2007), e alcuni ricercatori hanno riportato che l’acqua contaminata da biodiesel si degrada sostanzialmente entro 2 giorni (Prince et al., 2008).
Per il biodiesel e le miscele diesel, sono stati confrontati i tassi di biodegradazione degli esteri di acidi grassi e degli idrocarburi diesel, ed è stato anche confrontato il contributo del biodiesel alla biodegradazione del diesel. Sono state suggerite diverse conclusioni. Alcuni ricercatori hanno scoperto che la presenza di biodiesel non accelera la biodegradazione degli idrocarburi (DeMello et al., 2007; Owsianiak et al., 2009; Corseuil et al., 2011). Per esempio, la degradazione di benzene e toluene in condizioni anossiche e ipossiche è stata ostacolata dalla presenza di biodiesel (Corseuil et al., 2011). Gli autori hanno dedotto che la viscosità relativamente alta del biodiesel ha limitato il potenziale di migrazione degli idrocarburi target, con conseguente processo di attenuazione naturale relativamente lento. DeMello et al. (2007) hanno anche scoperto che i FAME sono stati degradati all’incirca alla stessa velocità degli n-alcani, e più rapidamente di altri componenti idrocarburici con microcosmi aerobici di acqua di mare spiati; i residui estratti da questi diversi microcosmi non erano rilevabili in poche settimane in acqua. Alcuni ricercatori (Prince et al., 2008) hanno trovato che la degradazione dei FAME e dell’idrocarburo diesel in B20 era estremamente rapida, e le emivite di biodegradazione dei FAME nelle miscele B20 erano nella stessa gamma di quelle degli alcani. La biodegradazione di frazioni di idrocarburi alifatici e aromatici in microcosmi di sabbia satura con miscele diesel/biodiesel è stata recentemente valutata (Lisiecki et al., 2014). È stato riscontrato che le estensioni di biodegradazione di entrambi gli idrocarburi alifatici e aromatici non erano influenzate dall’aggiunta di biodiesel, indipendentemente dalla concentrazione di biodiesel. Pertanto, gli autori hanno affermato che la miscelazione con biodiesel non ha avuto un impatto sulla biodegradazione a lungo termine di specifiche frazioni di gasolio.
Tuttavia, alcuni ricercatori hanno riportato la biodegradazione facilitata degli idrocarburi quando erano presenti i FAME, indicando che il biodiesel influenza la biodegradazione nel modo della trasformazione cometabolica degli idrocarburi (Zhang et al., 1998; Mudge e Pereira, 1999; Pasqualino et al., 2006). Il contributo del biodiesel alla biodegradazione del diesel suggerisce che la presenza di biodiesel potrebbe facilitare la biodegradazione di alcuni idrocarburi del petrolio a causa della promozione della crescita microbica (Miller e Mudge, 1997; Mudge e Pereira, 1999), e anche la maggiore solubilità degli idrocarburi del catrame di carbone e la biodisponibilità (emulsione) (Taylor e Jones, 2001), specialmente quando il contenuto di biodiesel era maggiore (Pasqualino et al., 2006). La conclusione è che la trasformazione cometabolica degli idrocarburi può essere responsabile della maggiore biodegradazione complessiva della miscela in presenza di biodiesel. Sulla base di questo fenomeno, il biodiesel è stato utilizzato come solvente biologico per la bonifica di siti contaminati da petrolio greggio (Taylor e Jones, 2001; Fernádez-Álvarez et al., 2007). Per esempio, il biodiesel potrebbe essere utilizzato per la bonifica delle coste contaminate da residui di petrolio greggio dopo la fuoriuscita di petrolio dall’affondamento della petroliera Prestige, non solo dissolvendo i residui di petrolio dalle rocce, ma anche migliorando la biodegradazione di alcuni idrocarburi residui. Recentemente, un sistema simulato è stato impiegato per studiare l’effetto e il meccanismo del biodiesel sulla rimozione del petrolio dalle coste (Xia et al., 2015). Hanno trovato che l’applicazione di biodiesel ai ciottoli contaminati da petrolio greggio era efficace nel distaccare il petrolio residuo dai ciottoli, quando i degradatori di idrocarburi erano assenti. Il rifornimento di biodiesel o di sostanze nutritive ha aumentato la quantità di degradatori del petrolio e l’attività microbica nell’acqua di mare e ha diminuito l’emivita della biodegradazione del petrolio.
Per capire la biodegradabilità del biodiesel/miscele di diesel in climi freddi, è stato studiato l’effetto della temperatura sulla degradazione del gasolio da riscaldamento, del biodiesel puro e delle miscele di biodiesel da parte di microrganismi naturali in sabbia contaminata dall’interno dell’Alaska (Horel e Schiewer, 2011). È stato riscontrato che il biodiesel e le sue miscele hanno mostrato una maggiore biodegradabilità rispetto al diesel puro; i tassi di biodegradazione aumentavano con la temperatura e la percentuale di biodiesel e la fase di ritardo era più breve a 20°C che a 5°C. Recentemente, gli stessi ricercatori (Horel e Schiewer, 2014) hanno anche studiato l’influenza dell’inoculo con precedente esposizione agli idrocarburi sui tassi di biodegradazione del diesel, del diesel sintetico e del pesce-biodiesel nel suolo. Hanno trovato che diversi inoculi non hanno avuto un effetto pronunciato sulle costanti di velocità della fase lag o esponenziale. Il principale vantaggio di fornire un inoculo specifico era quello di accorciare la fase di ritardo. Tuttavia, l’effetto dell’inoculo è diventato minore dopo che la respirazione giornaliera ha raggiunto il picco. In conclusione, le comunità microbiche indigene erano in grado di degradare i contaminanti nel suolo, e l’aggiunta di inoculi specifici non era necessaria. La biodegradabilità del biodiesel e delle sue miscele con il diesel nel suolo è stata esaminata da microrganismi indigeni in esperimenti di microcosmo di foresta-suolo (Silva et al., 2012). In questo studio, è stato osservato che il biodiesel è più biodegradabile del diesel nel suolo contaminato. Il livello più alto di biodiesel nelle miscele ha favorito la degradazione biologica del diesel. B20 e B100 sono stati degradati particolarmente bene dai microbi del suolo; B50, tuttavia, pur essendo degradato meglio del diesel puro, era inferiore alle altre due miscele. Nonostante la degradazione, il biodiesel puro ha influenzato negativamente la diversità della comunità microbica, sia nel conteggio degli eterotrofi che nel numero di bande. Allo stesso modo, il consorzio batterico selezionato, insieme ai macronutrienti aggiunti al sistema, si è dimostrato efficace nell’accelerare la biodegradazione del biodiesel puro in un oxisol, e la presenza di biodiesel ha aumentato la biodegradazione del diesel da petrolio (Meyer et al., 2014).