La bioelettricità prodotta dalle biomasse è più efficiente del bioetanolo

Fonti di energia rinnovabili. Tra le fonti di energia rinnovabili alternative al petrolio vi sono i biocombustibili, ottenuti da masse vegetali che però hanno l’inconveniente di competere con l’industria alimentare per il reperimento delle materie prime, tranne nel caso in cui a essere sfruttate siano biomasse che derivano da scarti che non possono entrare nella catena alimentare.


Uno studio della Università della California, del Dipartimento di ecologia globale della Carnegie Institution e della Stanford University, ora pubblicato sulla versione online della rivista “Science”, mostra come lo sfruttamento delle biomasse per produrre bioelettricità invece che bioetanolo potrebbe essere una soluzione conveniente ed efficace. Le opzioni considerate sono due: convertire una certa quantità di biomassa direttamente in elettricità, con cui caricare le batterie di un veicolo, oppure convertirla in etanolo con cui alimentare un veicolo con motore a scoppio.
Gli studiosi hanno basato le loro valutazioni su due criteri: il numero di chilometri e la quantità di emissioni di co2 per unità di area coltivata, considerando sia diverse specie vegetali (mais e il panico verga, una specie vegetale molto diffusa nel Nord America) e un’ampia gamma di tipi di autoveicoli, dall’utilitaria al SUV.
Secondo le stime riportate, la biomassa convertita in bioelettricità produce, in linea teorica, una percorrenza chilometrica superiore dell’81 per cento rispetto alla conversione in bioetanolo, peraltro diminuendo le emissioni nocive del 108 per cento.




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Che cos'è la bioelettricità?

La bioelettricità è utilizzata dalle cellule biologiche per immagazzinare energia.

Siamo in grado di alzare un dito grazie alla bioelettricità e possiamo vedere grazie ad essa. Quasi ogni azione viene effettuata grazie alla presenza della bioelettricità. Si sta parlando di segnali elettrici che vengono generati e rilevati dai nostri organi, dai muscoli, dal cervello, dalle ghiandole. Questi segnali vengono trasmessi dai nostri nervi. In questo articolo sarà data una spiegazione di come tutte queste parti lavorano e comunicano.

Il nostro corpo è costruito con tessuto biologico. Il tessuto che è in grado di generare o rilevare segnali bioelettrici è chiamato tessuto eccitabile. Alcuni esempi di questo tessuto (e delle sue cellule) sono: i neuroni e il tessuto muscolare. I neuroni sono responsabili di trasmettere il segnale bioelettrico eccitatorio ad un altro neurone (che costituiscono i nervi) o ad un tessuto muscolare, o ad una ghiandola del cervello, mentre le cellule muscolari sono responsabili della contrazione e della distensione muscolare. Alcune cellule specializzate generano segnali bioelettrici: recettori ottici (occhi), le cellule muscolari che trasmettono la sensazione del dolore, ecc.

Il neurone e la bioelettricità

Il neurone può essere diviso in tre parti principali: dendriti, Soma, Axon. I dendriti sono prolungazioni del soma a forma di alberi (dendros in greco) e ricevono la maggior parte dei segnali eccitatori.

Il soma contiene il nucleo della cellula ed è dove avviene la maggior parte della sintesi delle proteine. L'Axon è un prolungamento del soma ed è responsabile della sinapsi (meccanismo di trasmissione del segnale eccitatorio ad un'altra cellula).

La maggior parte dei vertebrati riceve le stimolazioni elettrochimiche nel soma o nei dendriti e le trasmette attraverso l'axon. Questo potenziale bioelettrico comporta movimenti ionici attraverso la membrana cellulare.

Equilibrio ionico e correnti ioniche

La prima cosa da prendere in considerazione è che la concentrazione di ioni all'interno e all'esterno del neurone non è simmetrica. Ciò comporta un gradiente di concentrazione e un maggiore gradiente elettrico. Questo significa che c'è un equilibrio di tensione diversa da quella di 0 V tra la media intra-cellulare ed extra-cellulare, per ogni tipo di ione esistente. Ci sono quattro ioni principali coinvolti in questo processo: sodio (Na), potassio (K), cloro (Cl) e calcio (Ca). Ognuno di loro ha diverse permittività (equivalenti alla conduzione) attraverso la membrana del soma e diversi equilibri di potenziali. Questo porta all'esistenza di un equilibrio di potenziale globale che si chiama potenziale di riposo. In molti neuroni il potenziale di riposo ha un valore negativo di circa -70mV, che per convenzione significa che c'è un eccesso di carica negativa nello spazio intra-cellulare. Questo valore è ottenuto usando l'equazione di Nernst e l'equazione di Hodgkin-Katz-Goldman. L'esistenza di potenziali di equilibrio diversi (costanti) e la variazione di permittività ci consente di modellare la membrana del neurone come un circuito elettrico come mostrato nella figura. CM è la capacità del neurone dove la membrana è il dielettrico.

La permittività ionica è fermata dai cosidetti canali ionici che sono specifici per ogni ione. Questi canali si aprono e si chiudono durante la ricezione, generazione e trasmissione del segnale di stimolo. La variazione di queste permittività sono modellate come variazioni della conduttanza Gi. Notare che GL si riferisce al modello parallelo per il cloro e il calcio. Come possono essere calcolare, queste variazioni portano ad una variazione dell'equilibrio di tensione e perciò il potenziale transmembrana cambia. Qui abbiamo l'origine dei segnali bioelettrici, che possono essere misurati da degli speciali elettrodi.

Il potenziale d'azione

Potenziale d'azione è il nome che identifica i segnali stimolator. La ragione di questo nome è semplice: i neuroni fondamentalmente sono dei generatori/trasmettitori di segnali binari. Il potenziale d'azione ha una forma d'onda specifica e può essere considerato come un 1 logico. Quando le membrane ricevono uno stimolo (un segnale chimico o elettrico) che fa alzare la tensione oltre i +20mV (lasciando il neurone a -50mV), il potenziale d'azione si attiva. Il potenziale d'azione ha una tensione di ~+90 mV picco-picco e può essere comparato. Questo PA è trasmesso attraverso l'assone (ogni punto della membrana dell'assone è stimolato con la precedente tensione del PA) e quando raggiunge la fine dell'assone vengono espulse alcune sostanze chimiche (neurotrasmettitori) che stimolano chimicamente il neurone principale avviando l'intero processo in quel neurone.

Segnali bioelettrici

Tutti questi segnali si sommano attraverso tutto il corpo che è conduttore e può essere misurato sulla pelle di un paziente. Per esempio, se colleghiamo un elettrodo su di un muscolo e un altro elettrodo abbastanza lontano sul corpo, possiamo notare la cosiddetta Elettromiografia (mio = muscolo). Saremmo in grado di vedere in un oscilloscopio come il segnale cambia quando contraiamo il muscolo, rilassarlo, ect. I circuiti più interessanti che che una persona può costruire sono: un ECG (elettrocardiogramma) e un elettronistagmografia (ENG). Il primo è il noto dispositivo medico che ci permette di registrare l'attività del cuore. L'ENG è un circuito che permette di tracciare i movimenti dei nostri occhi (nistagmia). Questi circuiti non sono complessi ma molto utile in diverse occasioni.

ECG
L'ECG è generato con l'attività muscolare del cuore. Questi segnali bioelettrici si sommano e generano un segnale la cui forma d'onda è molto nota. Il segnale dell'ECG ha una banda di 1650Hz. Con una frequenza di taglio inferiore di 0.25Hz in modo da rimuovere i segnali continui e il disturbo della respirazione. Il segnale dell'ECG sulla pelle ha un'ampiezza di circa 5mV. L'immagine mostra un tipico circuito di acquisizione ECG.

La parte del circuito della gamba destra è utilizzato per ridurre le interferenze che possono essere generate da interferenze elettromagnetiche, dalla tensione di rete ecc. Per evitare un elettroshock, l'impedenza tra lo stadio differenziale e la sezione RL deve essere dell'ordine dei MOhm. Il resto è un semplice amplificatore con un filtro passa-banda. Dato che vogliamo la tensione di uscita di circa 5V di picco, il circuito dovrebbe amplificate 1000 volte. E' raccomandato che lo stadio differenziale amplificasse 100 volte e il secondo stadio di 10 volte, in modo di massimizzare il rapporto tra segnale e rumore. Per eliminare le interferenze elettromagnetiche, si può usare la gabbia di Faraday. Notare che il parallelo tra C1//R9 deve essere uguale al parallelo C2//R10, R4=R5, R6>1MOhm e R7=R8.

Elettroshock

Microshock = quando l'elettroshock è effettuato al cuore (ad esempio con un catetere intracardiaco). Se la corrente è superiore ai 10uA si ha la fibrillazione.
Macroshock = quando l'elettroshock è fatto tra parti esterne del corpo (ad esempio da mano a mano). Per evitare che una corrente maggiore di 10uA passi attraverso il cuore, la corrente di macroshock non deve essere maggiore di 10mA.
Questi valori sono definiti nello standard IEC-606 01-1. E dovrebbero essere sempre rispettati. Per garantire la sicurezza dei dispositivi medici sono effettuati un sacco di test per assicurare che le correnti non eccedano questi limiti. Una corrente che passa attraverso un muscolo lo fa contrarre e questo può rivelarsi pericoloso. In un elettroshock, una persona può perdere la capacità di respirare , muoversi, ecc. Ma l'elettricità è usata per la stimolazione dei muscoli così come in Stimolazione Elettrica Funzionale, defibrillatori, etc. Questo saràa discusso in articoli futuri.

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Bioelettricità

Descrizione generale

sf. [sec. XX; bio-+elettricità]. Insieme dei fenomeni elettrici che si producono nella materia vivente e che sono riconducibili a differenze di potenziale tra l'interno e l'esterno della cellula oppure tra interi distretti organici quali i muscoli, il cuore, l'encefalo, le pareti assorbenti dell'intestino, l'apparato tubulare del rene, le formazioni nervose centrali e periferiche, ecc.; i fenomeni bioelettrici sono particolarmente appariscenti in alcune specie di Pesci nei quali sono presenti organi capaci di generare campi elettrici di notevole potenziale. Il complesso delle manifestazioni bioelettriche e le conseguenze funzionali che determinano nell'organismo costituiscono il campo d'indagine dell'elettrofisiologia. Poiché i fenomeni bioelettrici si svolgono nei diversi tessuti con le stesse modalità fondamentali, essi possono essere descritti in base a un modello elementare costituito dalla membrana della cellula e dai compartimenti che essa delimita, cioè lo spazio intracellulare occupato dal citoplasma e quello extracellulare occupato dai liquidi interstiziali. Evidentemente le cellule che meglio si prestano per rilievi di natura elettrobiologica sono quelle dei tessuti eccitabili (tessuto muscolare o nervoso), in cui l'evento elettrico è correlato con modificazioni meccaniche, chimiche ed enzimatiche agevolmente misurabili.


La soluzione ionica


Per comprendere l'origine dei potenziali bioelettrici occorre ricordare un elementare principio fisico a cui obbediscono le soluzioni ioniche: in una soluzione acquosa gli ioni, qualora si pongano limitazioni alla loro mobilità possono produrre delle differenze di potenziale tra le diverse zone della soluzione. Nel caso specifico delle cellule e del liquido interstiziale che le circonda, la limitazione alla mobilità ionica è dovuta alla permeabilità selettiva della membrana cellulare che provoca una distribuzione diseguale degli ioni alle superfici interna ed esterna, cioè una diversa composizione ionica del liquido intracellulare rispetto a quello extracellulare. Nell'interno delle cellule, infatti, vi è un'elevata concentrazione di ioni potassio (K⁺) e di proteinati, assieme a quantità minori di ioni sodio, cloro, calcio,magnesio, ecc. Nel liquido extracellulare abbondano invece il sodio e il cloro, accompagnati da quantità minori di calcio, magnesio, bicarbonati, fosfati. Se non esistessero limiti alla mobilità ionica, si raggiungerebbe ben presto l'equilibrio tra l'interno e l'esterno della cellula, con lo spostamento dei singoli ioni dovuto al gradiente di concentrazione, cioè verso il compartimento in cui la loro quantità è minore. Ma la membrana cellulare è impermeabile ai proteinati, i quali non possono quindi uscire dalla cellula, ed è funzionalmente impermeabile al sodio, nel senso che gli ioni sodio che entrano nella cellula (secondo il gradiente di concentrazione) ne vengono immediatamente espulsi con un meccanismo attivo endoenergetico (pompa del sodio). La membrana è invece liberamente permeabile al K⁺ e al Cl^-. Il K⁺ è più concentrato all'interno che all'esterno della cellula, per cui tende a uscirne secondo il gradiente di concentrazione. In tale movimento non può essere tuttavia accompagnato da alcuno ione di segno opposto, in quanto i proteinati non passano attraverso la membrana e il Cl^- non può spostarsi contro il gradiente, cioè verso il compartimento in cui è più concentrato. Pertanto, con l'uscita del potassio dalla cellula diminuisce il suo gradiente di concentrazione ma si stabilisce un gradiente elettrico, cioè una differenza di potenziale tra il distretto extracellulare (positivo) e quello intracellulare (negativo). Come è facile comprendere, la fuoriuscita del K⁺ è autolimitante, cioè progressivamente ostacolata dalla positività elettrica extracellulare. Esiste pertanto una condizione di equilibrio osmotico-elettrico che prende il nome di potenziale di membrana o di riposo. I potenziali elettrici, misurati sperimentalmente in vari tessuti e cellule, oscillano intorno a 80 mV. Nelle strutture eccitabili l'applicazione di stimoli meccanici, chimici o elettrici di intensità sufficiente provoca un repentino aumento della permeabilità di membrana al sodio: ciò annulla la differenza di cariche tra l'interno e l'esterno della cellula (depolarizzazione) per poi invertire il segno della polarizzazione di membrana (l'interno diventa positivo). Si produce in tal modo un potenziale d'azione, che nelle cellule muscolari e nervose corrisponde alla generazione di un impulso. Questo può trasmettersi alle cellule circostanti come onda di depolarizzazione. Analogamente a quanto avviene per il potassio, anche il passaggio trans-membrana del sodio è autolimitante; infatti, con il suo ingresso nella cellula durante il potenziale d'azione la membrana perde progressivamente la permeabilità allo ione. In tal modo si ripristina rapidamente il potenziale di riposo, con l'ulteriore fuoriuscita di potassio secondo il gradiente di concentrazione e la contemporanea espulsione attiva del sodio sequestrato dalla cellula.

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Bioelettricità microbica: una frontiera per la produzione di energia elettrica?

Non è tanto recente la scoperta di microrganismi elettrogenici, capaci cioè di produrre energia elettrica mediante trasferimento diretto di elettroni da una biomassa o da altra matrice organica a degli elettrodi, tuttavia è solo da qualche anno che i ricercatori si sono dedicati con particolare interesse a questo settore.
Tra i più importanti batteri elettrogenici si trovano il genere Geobacter e il genere Rhodoferax che vivono nel suolo o nei fanghi marini e che, fermentando in ambiente anaerobio, estraggono elettroni dal substrato cedendoli poi ad accettori extracellulari. È su questo principio che funzionano le pile biologiche dette MFC: Microbial Fuel Cells.
Di questo e delle possibilità di sfruttamento di questi batteri, si parlerà al simposio “Bio-elettricità microbica” il prossimo 8 maggio presso Aula Magna del Polo Scientifico e Tecnologico dell’Università di Firenze (via Bernardini, 3 – Sesto Fiorentino), presentanto i risultati preliminari del pogetto sviluppato dall’Università di Firenze in collaborazione con il Cra, Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura.




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Bioelettricità

bioelettricità Insieme di fenomeni riconducibili a differenze di potenziale fra le diverse parti di organismi viventi. Le differenze di potenziale tra l’interno e l’esterno delle cellule, per cui l’ambiente cellulare risulta negativo rispetto a quello esterno, si indicano col nome di potenziale di membranae sono originate da equilibri ionici dipendenti dalla permeabilità delle membrane cellulari alle sostanze disciolte nei fluidi fisiologici. Grosse molecole come i proteinati non attraversano le membrane cellulari che sono permeabili a piccoli ioni come potassio e sodio. Si verifica perciò una separazione spaziale di cariche, con un accumulo di cariche positive (ioni potassio) all’esterno della membrana e di cariche negative (proteine e altri anioni) all’interno, che danno origine al potenziale di membrana e a tutta una serie di fenomeni elettrici.




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Contestare le bollette dell'elettricità

L'azienda dell'energia elettrica vi ha mandato una bolletta con troppi zeri?
Vi hanno staccato la luce senza alcun motivo apparente e nonostante le proteste siete ancora al buio? Avete accettato, senza esserne consapevoli, una proposta commerciale che non volevate e che, tra l'altro, non si è rivelata per niente conveniente? Ecco come far valere i vostri diritti.

Bolletta elettrica sbagliata: come reclamare
Vi arriva una bolletta dell'elettricità con qualche zero di troppo? Per prima cosa dovete contestare la cifra inesatta con un reclamo scritto all'azienda che vi fornisce il servizio. Il fornitore è tenuto ad inviare una risposta, entro 40 giorni, con l'esito degli accertamenti effettuati (si chiama "obbligo di risposta motivata") e l'eventuale dettaglio del calcolo effettuato per la rettifica. Se l'errore di fatturazione è riconosciuto dall'azienda, il cliente ha diritto, entro 90 giorni, all'accredito della somma addebitata per errore (in bolletta o direttamente con assegno circolare o su conto corrente). Se i tempi del rimborso si allungano, il venditore dovrà risarcire il cliente con 20 euro (se il rimborso è effettuato entro i 180 giorni), con 40 euro (tra i 180 e i 270 giorni) o 60 euro (oltre i 270 giorni).

Quando segnalare il disservizio elettrico all'Authority
Se nonostante i reclami e le segnalazioni sui livelli qualitativi e tariffari, il venditore del servizio non fornisce risposte soddisfacenti, o non le fornisce affatto, i clienti possono rivolgersi all'Autorità per l'energia elettrica e il gas, un organismo indipendente che regola e controlla i settori dell'energia elettrica e del gas. In situazioni di pericolo e danni gravi, il reclamo può essere presentato contemporaneamente al fornitore e all'Autorità. La segnalazione va inviata allo Sportello per il consumatore di energia c/o Acquirente Unico, via Guidubaldo Del Monte 72, 00197 Roma, oppure via fax all'800 185 025 o via email (reclami.sportello@acquirenteunico.it).
L'intervento dell'Autorità, però, oltre ad essere piuttosto lungo, può condurre solo a una multa nei confronti del fornitore del servizio. Per il risarcimento dei danni subiti bisogna rivolgersi all'autorità giudiziaria (giudice di pace, tribunale).


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Biocarburanti per aerei, il 2011 sarà l’anno del primo volo con passeggeri

C’è stato un lungo dibattito, seguito da un gran numero di test, sui biocarburanti. Oltre a quelli che già vengono usati in molte parti del mondo come Stati Uniti e Brasile per i mezzi di terra, è da qualche tempo che si discute dell’opportunità di utilizzarli anche per i mezzi più inquinanti al mondo: gli aerei. Finora, i biocarburanti sono stati relegati ai voli sperimentali, ma il 2011 si apre con un annuncio importante: la compagnia tedesca Lufthansa prevede di lanciare il primo volo al mondo alimentato da biocarburanti con passeggeri a bordo.

la più grande compagnia aerea della Germania, Deutsche Lufthansa AG, ha dichiarato di voler lanciare il primo volo passeggeri al mondo con i biocarburanti il prossimo anno.

La società ha annunciato che un Airbus A321, utilizzato normalmente per i voli giornalieri tra Amburgo e Francoforte, sarà alimentato con una miscela di biocarburanti ottenuti al 50% da olio vegetale. I voli inizieranno nel mese di aprile 2011 e continueranno in via sperimentale per sei mesi come parte di uno studio finanziato dal Governo per valutare l’impatto ambientale e sulle prestazioni degli aerei a lungo termine dei biocarburanti.

La compagnia petrolifera finlandese Neste Oil fornirà il carburante, che afferma sia in grado di produrre emissioni di gas ad effetto serra tra il 40 e l’80% in meno rispetto al gas combustibile utilizzato negli aerei classici. Diversi aerei di linea, compresa la statunitense Continental e l’europea KLM, hanno eseguito test dei biocarburanti per un uso futuro, anche se la Lufthansa sarà la prima ad inserire i biocarburanti su regolari voli commerciali. Un importantissimo passo in avanti dell’aviotrasporto civile che potrebbe portare un giorno ad abbattere enormemente le emissioni di gas ad effetto serra provenienti dagli aerei, e che potrebbero avere conseguenze ambientali non indifferenti se venissero utilizzati i biocarburanti di seconda generazione.


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