L’aumento della produzione di rifiuti e sottoprodotti nel settore agroalimentare, unito alla necessità di sviluppare approcci basati sull’economia circolare, ha reso urgente l’adozione di strategie sostenibili per la gestione e la valorizzazione di tali materiali. A livello globale, un terzo del cibo prodotto annualmente viene perso o sprecato, per un totale di circa 1,3 miliardi di tonnellate tra rifiuti e sottoprodotti, e una perdita economica superiore a 1.000 miliardi di euro. L’approccio generale è quello di non considerare più i rifiuti/sottoprodotti alimentari come una perdita inevitabile, ma come una potenziale materia prima da sfruttare, ad esempio per il recupero e/o riutilizzo di composti di valore come proteine, lipidi, polifenoli e fibre alimentari attraverso processi di trattamento adeguati. Queste matrici trattate e/o i composti estratti possono essere reintrodotti nei sistemi alimentari, nell’industria farmaceutica o in applicazioni energetiche, contribuendo sia alla riduzione dei rifiuti che alla produzione di valore aggiunto.

I processi, che includono trattamenti fisici (non termici), termici e termochimici, oltre a quelli chimici, biologici e digitali, non solo migliorano il potenziale riutilizzo dei rifiuti, ma contribuiscono anche a mitigare l’impatto ambientale, ad esempio in termini di emissioni di gas serra e gestione idrica. L’applicazione di questi processi porta a risparmi economici e al raggiungimento degli obiettivi dell’economia circolare, soprattutto quando sono integrati in un sistema di gestione ambientale completo.

Pertanto, la valorizzazione dei rifiuti/sottoprodotti agroalimentari rappresenta uno strumento strategico, in linea con diversi Obiettivi di Sviluppo Sostenibile (SDG) delle Nazioni Unite, tra cui: sconfiggere la fame (SDG 2), energia pulita e accessibile (SDG 7), lavoro dignitoso e crescita economica (SDG 8), industria, innovazione e infrastrutture (SDG 9), consumo e produzione responsabili (SDG 12), lotta contro il cambiamento climatico (SDG 13) e vita sulla terra (SDG 15).

Panoramica e classificazione dei trattamenti generali

La classificazione scientifica dei processi di trattamento fornisce una base per identificare e applicare le tecnologie ottimali in base alle caratteristiche chimico-fisiche e biologiche delle diverse categorie di rifiuti e sottoprodotti agroalimentari. Questo schema promuove la standardizzazione tecnologica, migliora la collaborazione interdisciplinare e intersettoriale, e allinea le strategie di recupero dei rifiuti agli obiettivi di sostenibilità. Le classificazioni aiutano anche a confrontare le prestazioni e la fattibilità dei trattamenti e a guidare gli investimenti nelle innovazioni emergenti. Nei contesti accademici e industriali, approcci strutturati come questi sono fondamentali per valutare il potenziale di valorizzazione delle diverse tipologie di flussi di rifiuti. Le principali categorie della classificazione sono:

1. Trattamenti fisici (non termici):
I trattamenti fisici sono tra i più utilizzati come metodi di pre-trattamento per preparare i rifiuti alimentari alla valorizzazione e sono rilevanti anche nella gestione a livello globale. Includono riduzione delle dimensioni, essiccazione, selezione, pressatura e separazione, che migliorano la stabilità durante lo stoccaggio e aumentano l’efficienza dei processi successivi. In molte operazioni industriali, specialmente nei settori della frutta, verdura e cereali, i trattamenti fisici rappresentano oltre il 40% degli interventi totali grazie alla loro economicità e al basso impatto ambientale. Tuttavia, questi metodi sono spesso limitati alla modifica delle proprietà e non consentono generalmente l’estrazione o la trasformazione di composti, rendendoli meno adatti, se utilizzati da soli, per il recupero di alto valore.

2. Trattamenti termici e termochimici:
Questi trattamenti comportano l’applicazione di calore, con o senza trasformazioni chimiche, per convertire i rifiuti alimentari in energia o sottoprodotti di valore. Metodi come incenerimento, carbonizzazione idrotermale, torrefazione e gassificazione sono comunemente usati per rifiuti ad alto potere calorifico e basso contenuto d’umidità, come gusci, bucce e trebbie esauste. I trattamenti termici aiutano a stabilizzare i rifiuti alimentari riducendo l’umidità e l’attività microbica. Tra questi, la carbonizzazione idrotermale (HTC) tratta efficacemente biomasse umide a temperature moderate (150–250 °C), producendo un idrocarbone ricco di energia senza bisogno di essiccazione preliminare. Anche se rappresentano solo il 10–15% della valorizzazione dei rifiuti alimentari, sono essenziali nei sistemi integrati di conversione rifiuto-in-energia. L’incenerimento riduce il volume, mentre processi come la torrefazione e la carbonizzazione idrotermale generano biochar e combustibili, contribuendo alla circolarità. Tuttavia, le preoccupazioni ambientali, soprattutto legate alle emissioni e allo smaltimento delle ceneri, possono limitarne l’adozione.

3. Trattamenti chimici:
I trattamenti chimici vengono applicati ai rifiuti alimentari per la degradazione mirata o la trasformazione di composti complessi come proteine, polisaccaridi e lipidi, e/o per l’estrazione di molecole di valore. Tra i metodi standard vi sono idrolisi acida, precipitazione, ossidazione ed estrazione con solventi. Questi processi permettono il recupero di antiossidanti, amminoacidi e altre sostanze bioattive, soprattutto da sottoprodotti lattiero-caseari, ittici e oleosi. Anche se rappresentano circa il 15–20% delle applicazioni industriali, i metodi chimici richiedono condizioni controllate e possono sollevare problemi di sicurezza o ambientali legati all’uso dei reagenti. Ciononostante, la loro elevata selettività e la compatibilità con approcci di bioraffineria integrata li rendono essenziali nei sistemi moderni di valorizzazione dei rifiuti.

4. Trattamenti biologici:
I trattamenti biologici utilizzano microrganismi o enzimi per convertire i rifiuti alimentari in prodotti di valore. Gli obiettivi di questo tipo di trattamento possono includere il miglioramento della biodisponibilità dei nutrienti, la conversione di molecole in composti più preziosi, il rilascio di sostanze specifiche dalla matrice complessa dei rifiuti prima dell’estrazione, o la produzione di altri materiali ad alto valore aggiunto come compost, biogas o proteine unicellulari. Tecniche come la digestione anaerobica, il compostaggio aerobico e la fermentazione sono ampiamente applicate grazie al basso consumo energetico e alla grande compatibilità ambientale. Questi trattamenti sono particolarmente efficaci nella gestione dei rifiuti ricchi di sostanze organiche, come quelli derivanti da latte, frutta e verdura. Gli studi dimostrano che i metodi biologici rappresentano il 25–30% della valorizzazione industriale dei rifiuti alimentari a livello globale. Pur essendo più lenti rispetto ad altri metodi, offrono un’elevata efficienza di conversione e sono centrali nei modelli di bioeconomia circolare.

5. Trattamenti digitali:
I trattamenti digitali combinano tecnologie intelligenti e processi ecocompatibili con trattamenti fisici, chimici e biologici per ridurre al minimo gli sprechi alimentari e aumentare l’efficienza della valorizzazione. Tra questi si includono soluzioni digitali come la previsione basata sull’intelligenza artificiale, il monitoraggio tramite Internet of Things (IoT), software intelligenti, app mobili e piattaforme, oltre a strumenti che ottimizzano le strategie di recupero di composti bioattivi con un impatto ambientale minimo. Le applicazioni spaziano dall’ottimizzazione della distribuzione alimentare fino all’uso della nanotecnologia per applicazioni alimentari, in linea con i principi dell’economia circolare e con gli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile. Sebbene l’adozione industriale attuale non sia ancora completamente sviluppata, i trattamenti digitali stanno crescendo rapidamente grazie alla loro scalabilità, precisione e compatibilità con i modelli dell’Industria 4.0.

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