Olivo e sostenibilità: i residui di potatura diventano una risorsa per la bioeconomia

L'industria oleicola portoghese, in forte espansione con una produzione che ha raggiunto le 150.000 tonnellate nella campagna 2023-2024, si trova ad affrontare una sfida cruciale: la gestione sostenibile dei sottoprodotti della potatura. Ogni albero produce mediamente 25 chilogrammi di residui all'anno, generando un volume considerevole di biomasse che tradizionalmente rappresentano uno scarto. La ricerca condotta dal Politecnico di Viseu, pubblicata sulla rivista Resources, getta nuova luce sulle potenzialità di questi materiali, dimostrando come le foglie e i rami di olivo possano essere trasformati in risorse preziose per la produzione di energia e composti ad alto valore aggiunto.

I ricercatori hanno analizzato in dettaglio la composizione chimica dei due tipi di biomassa, evidenziando differenze sostanziali che influenzano le strategie di valorizzazione. Le foglie di olivo si distinguono per un contenuto di estrattivi del 41,73%, significativamente superiore rispetto al 22,46% dei rami. Questa caratteristica le rende particolarmente interessanti per il recupero di composti bioattivi, come l'oleuropeina che può raggiungere fino al 24,5% del peso secco, insieme ad altri fenoli come idrossitirosolo, verbascoside, flavoni e flavonoidi, sostanze con proprietà antiossidanti, antimicrobiche e antivirali ampiamente documentate. Al contrario, i rami presentano una maggiore concentrazione di carboidrati strutturali, con 30,47% di alfa-cellulosa e 27,88% di emicellulosa, valori quasi doppi rispetto alle foglie che contengono rispettivamente il 18,56% e il 14,00%, e una minore quantità di lignina (16,40% contro 21,64%), rendendoli più adatti a percorsi di valorizzazione energetica o strutturale.

Il cuore dello studio riguarda il trattamento di autoidrolisi, una tecnologia "verde" che utilizza solo acqua calda in pressione per frazionare la biomassa senza l'aggiunta di catalizzatori chimici. Questo processo sfrutta gli ioni idronio generati dall'autoionizzazione dell'acqua e gli acidi organici rilasciati dai gruppi acetilici per promuovere la depolimerizzazione selettiva delle emicellulose. I risultati ottenuti mostrano che la solubilizzazione della biomassa aumenta con la temperatura e il tempo di reazione, raggiungendo valori significativamente più elevati per le foglie rispetto ai rami: a 180°C per 30 minuti, le foglie hanno registrato una solubilizzazione del 45,16%, mentre i rami si sono fermati al 36,37%. Questo comportamento è attribuibile alla maggiore presenza di estrattivi nelle foglie, che favoriscono il rilascio di composti idrosolubili durante il trattamento.

L'analisi della composizione chimica dei residui solidi dopo l'autoidrolisi rivela trasformazioni significative. Il contenuto di lignina aumenta apparentemente in modo considerevole, passando nelle foglie dal 39,92% iniziale al 61,72% a 180°C per 30 minuti, e nei rami dal 21,93% al 37,47% nelle stesse condizioni. Questo incremento, spiegano i ricercatori, non è dovuto a una sintesi di nuova lignina ma piuttosto alla solubilizzazione preferenziale delle emicellulose e alla parziale degradazione della cellulosa amorfa, che determinano un arricchimento relativo della componente lignifica nel residuo solido. Le emicellulose, infatti, mostrano la diminuzione più marcata: nelle foglie calano dal 25,83% iniziale al 14,00%, mentre nei rami la riduzione è ancora più drastica, passando dal 30,61% al 17,65% a 180°C per 30 minuti. La cellulosa, invece, si mantiene relativamente stabile nei rami, con un leggero aumento al 44,88% nelle condizioni più severe, indicando una maggiore stabilità termica e idrolitica rispetto a quella delle foglie, che invece subisce una riduzione dal 34,24% al 24,28% nelle stesse condizioni.

Le analisi spettroscopiche FTIR hanno confermato le profonde modifiche strutturali indotte dal trattamento termico. Gli spettri mostrano la comparsa di una spalla a 3470 cm⁻¹ nella regione degli stretching O-H, indicativa della formazione di nuovi gruppi ossidrilici meno coinvolti in legami idrogeno, conseguenza della scissione idrolitica dei legami glicosidici nelle emicellulose e nella cellulosa amorfa. Nella regione alifatica, si osserva un incremento delle bande a 2920 e 2850 cm⁻¹, suggerendo un riarrangiamento o arricchimento delle strutture alifatiche nel residuo solido. La significativa diminuzione del picco a 1730 cm⁻¹, attribuito ai gruppi esteri acetilici delle emicellulose, conferma la loro efficace rimozione durante il trattamento. Particolarmente interessante è la comparsa e l'intensificazione di un picco a 1685 cm⁻¹ con l'aumentare della temperatura, indicativo della formazione di gruppi carbonilici coniugati, probabilmente derivanti da reazioni di ossidazione o disidratazione durante il trattamento.

L'aspetto più rilevante per le applicazioni energetiche riguarda il potere calorifico superiore (HHV) dei residui solidi. Mentre l'autoidrolisi produce solo modesti incrementi del contenuto energetico, la liquefazione acido-catalizzata in solvente glicerolo-etilenglicole si rivela molto più efficace, portando il potere calorifico dei rami da 19,45 MJ/kg (dopo autoidrolisi) a 30,39 MJ/kg e le foglie da 23,92 MJ/kg a 29,31 MJ/kg a 180°C per 30 minuti. Questi valori, spiegano gli autori, superano quelli tipici della lignina nativa e tecnica, che si attestano generalmente intorno ai 26-27 MJ/kg, e si avvicinano a quelli dei carboni di bassa qualità. La liquefazione, quindi, non solo arricchisce il residuo in lignina, ma ne modifica profondamente la struttura verso forme più aromatiche e condensate, con una significativa rimozione di ossigeno e un conseguente arricchimento in carbonio.

I ricercatori sottolineano come queste differenze compositive e reattive tra foglie e rami richiedano strategie di valorizzazione differenziate. Le foglie, con il loro elevato contenuto di estrattivi fenolici e maggiore suscettibilità all'idrolisi, si prestano a un percorso che prevede prima l'estrazione dei composti bioattivi, poi il trattamento idrotermico della frazione lignocellulosica residua. I rami, più ricchi di carboidrati strutturali e con una struttura cristallina più stabile, appaiono invece più adatti a percorsi che privilegiano la produzione di energia o materiali avanzati. L'autoidrolisi si conferma come un efficiente primo passo di frazionamento all'interno di una bioraffineria integrata, permettendo il recupero di zuccheri e oligosaccaridi dalla fase liquida mentre il residuo solido, arricchito in lignina e cellulosa, può essere ulteriormente valorizzato attraverso processi termochimici o convertito in materiali cellulosici. Questo approccio integrato, che si inserisce pienamente nei principi dell'economia circolare, potrebbe trasformare un problema gestionale per l'industria oleicola in un'opportunità economica e ambientale, riducendo gli sprechi e creando nuova valore da ciò che oggi è considerato solo uno scarto.

La ricerca rappresenta un contributo significativo alla conoscenza delle potenzialità dei residui dell'olivicoltura, fornendo basi scientifiche solide per lo sviluppo di processi industriali sostenibili in un settore, quello dell'olio d'oliva, che sta vivendo una fase di forte crescita e innovazione in Portogallo e nell'intero bacino del Mediterraneo.