Gli idrocarburi alifatici clorurati costituiscono la classe di contaminanti più diffusa negli scenari di contaminazione di acque sotterranee a causa del loro massiccio utilizzo ed improprio smaltimento in molte attività industriali, che ha lasciato in eredità un elevato numero di siti contaminati i quali rappresentano una importante questione igienico-sanitaria. Uno degli approcci di bonifica, denominato biorisanamento in-situ, prevede l¿utilizzo di microrganismi decloranti, in grado di degradare gli idrocarburi alifatici clorurati in composti innocui quale l'etilene mediante la reazione di declorazione riduttiva. Tale reazione necessita di potere riducente da parte di un donatore di elettroni per poter ridurre il composto clorurato che in questa maniera funge da accettore di elettroni. La reazione di declorazione riduttiva solitamente viene stimolata da substrati organici che, mediante processi fermentativi, rilasciano gradualmente idrogeno. Un approccio innovativo alla stimolazione dei metabolismi di microrganismi è quello dell'utilizzo di sistemi bioelettrochimici in cui i microrganismi interagiscono con elettrodo polarizzato utilizzandolo come donatore o accettore di elettroni per il loro metabolismo. Utilizzando un biocatodo come donatore di elettroni è quindi possibile stimolare la reazione di declorazione riduttiva degli idrocarburi alifatici clorurati. L'obiettivo del seguente progetto di ricerca è quello di testare diversi donatori di elettroni su una coltura microbica declorante, il progetto prevede l¿esecuzione di test di declorazione del tricloroetilene mediante la stimolazione della coltura declorante con un substrato fermentabile (lattato), idrogeno e un biocatodo (sistema bioelettrochimico). L¿esecuzione parallela dei test ha lo scopo di valutare non solo le velocità di declorazione, ma anche l¿efficienza di ciascun approccio testato.
La grande diffusione di scenari di contaminazione in molti paesi industrializzati legati agli idrocarburi alifatici clorurati anche denominati solventi clorurati, e la loro bonifica e ripristino è una problematica globale che è stata ampiamente studiata basandosi su diverse tipologie di interventi di bonifica più o meno invasivi. Lo studio della declorazione riduttiva in diverse matrici e condizioni è stato ampiamente documentato nella letteratura scientifica e in diversi report tecnici di interventi di bonifica, diverse condizioni operative e studi di meccanismo sono stati testati su colture microbiche decloranti evidenziando i vantaggi e le criticità del biorisanamento. Anche la possibilità di stimolare la riduzione bioelettrochimica dei composti clorurati alifatici è una tematica nota nella letteratura scientifica, dove diversi gruppi di ricerca hanno adottato diverse strategie per effettuare la degradazione di tali composti, tra cui l'utilizzo di diverse matrici organiche fermentabili provenienti da diverse risorse, incluse quelle rinnovabili.
La direzione verso la quale l'applicazione dei processi bioelettrochimici è diretta è quella di ottenere processi alimentati solamente da corrente elettrica che quindi non prevedano l'utilizzo di composti chimici per la stimolazione di reazioni abiotiche o biologiche. Tale aspetto dei processi bioelettrochimici risulta particolarmente interessante da un punto di vista della sostenibilità ambientale, infatti, l'utilizzo di fonti di energia elettrica rinnovabili comporta un notevole vantaggio anche dal punto di vista delle emissioni di CO2. Infatti, nonostante l'efficacia dell'iniezione in situ di substrati fermentabili, oltre alla possibile creazione di una fonte di contaminazione secondaria, legata a possibili fenomeni di eutrofizzazione la consistente emissione di gas serra, ovvero metano ed anidride carbonica, risulta in disaccordo con le pratiche messe in atto per la minimizzazione delle emissioni atmosferiche.
Inoltre, l'eliminazione dell'iniezione di composti chimici per la stimolazione dell'attività declorante o per l'incremento della mobilità dei contaminanti risulta vantaggioso in termini anche di sicurezza e mantenimento della risorsa idrica. Infatti, è nota la possibilità di ottenimento di diversi fenomeni di degradazione secondaria dell'acquifero legati alla presenza di un apporto eccessivo di nutrienti che comportano un rischio di eutrofizzazione e di cambio delle caratteristiche chimico fisiche dell'acquifero.
Il principale elemento di innovazione dello studio proposto risulta essere l¿approccio metodologico nel condurre uno studio parallelo su una stessa coltura microbica declorante in esperimenti di declorazione riduttiva del tricloroetilene. Infatti, oltre che nella comparazione delle differenti velocità di declorazione ottenute, lo studio proposto prevederà un'accurata valutazione dell'efficienza di ciascuna strategia utilizzata in termini di fornitura di potere riducente immediatamente disponibile alla biomassa declorante. Tale valutazione, infatti, risulta centrale nella valutazione tecnico/economica di un intervento di bonifica in situ, il quale prende in considerazione aspetti legati all'efficacia e all'economia del processo. Il principale avanzamento delle conoscenze sarà indirizzato allo studio comparato di un approccio innovativo come quello bioelettrochimico con approcci noti e consolidati, evidenziando quindi vantaggi e criticità della tecnologia in esame utili per la programmazione di esperimenti in modalità continua futuri. Un aspetto particolarmente interessante del progetto proposto sarà ricoperto dalla valutazione parallela di casi studio e report tecnici riguardanti interventi di bonifica in larga scala che consentiranno di valutare in maniera preliminare un intervento di bonifica avvalendosi dei dati prodotti dallo studio comparato.