FATTIBILITÀ TECNICO-ECONOMICA E COMMERCIALE DEI BIOPRODOTTI A BASE DI MICROALGHE: UN BUSINESS PLAN COMPLETO

This thesis evaluates the techno-economic feasibility and strategic viability of a microalgae-based circular biorefinery, with a specific focus on the Italian market. The proposed system is designed to convert CO₂ emissions, wastewater-derived nutrients, and residual biomass into multiple value streams, including nutraceutical, cosmetic, and biofuel products. A techno-economic model is developed based on a photobioreactor (PBR) cultivation system with an estimated capital expenditure of €5 million and annual operating costs of €2 million. The results indicate that the system reaches break-even in Year 3, with an expected internal rate of return (IRR) of 15–20% under the defined assumptions. The analysis confirms that biofuel production alone is not economically viable; however, integrating high-value co-products within a biorefinery framework significantly improves overall profitability. Environmental integration is a central component of system design. Wastewater utilization enables efficient nitrogen and phosphorus recovery, while flue gas integration provides a low-cost carbon source for biomass growth. Residual biomass is further valorized through anaerobic digestion, enhancing energy recovery and overall system efficiency. The novelty of this study lies in the integration of wastewater valorization, CO₂ utilization, and anaerobic digestion within a unified circular biorefinery model. Strategic analysis using SWOT, TOWS, and PESTLE frameworks highlights the role of regulatory support, funding access, and technological optimization. The findings demonstrate that, despite high capital intensity, an integrated and modular microalgae system can achieve economic and environmental viability in the European context.

La presente tesi valuta la fattibilità tecnico-economica e la validità strategica di una bioraffineria circolare a base di microalghe, con particolare riferimento al mercato italiano. Il sistema proposto è progettato per valorizzare le emissioni di CO₂, i nutrienti derivati dal trattamento delle acque reflue e la biomassa residua, generando molteplici flussi di ricavo che comprendono prodotti nutraceutici, cosmetici e biocarburanti. Il modello tecnico-economico sviluppato si basa su un impianto di coltivazione in fotobioreattore chiuso (PBR), con un investimento iniziale stimato di €5 milioni e costi operativi annuali di €2 milioni. I risultati dimostrano che il sistema raggiunge il punto di pareggio nel terzo anno di attività, con un tasso interno di rendimento (TIR) previsto compreso tra il 15% e il 20% nelle condizioni ipotizzate. L'analisi conferma che la produzione di biocarburanti come unico prodotto non è economicamente sostenibile; tuttavia, l'integrazione di co-prodotti ad alto valore aggiunto all'interno di una struttura di bioraffineria migliora significativamente la redditività complessiva del sistema. L'integrazione ambientale rappresenta una componente centrale del progetto. L'utilizzo delle acque reflue municipali consente un efficiente recupero di azoto e fosforo a costo quasi nullo, mentre l'integrazione dei gas di scarico industriali fornisce una fonte di carbonio a basso costo per la crescita della biomassa. La biomassa residua viene ulteriormente valorizzata attraverso la digestione anaerobica, migliorando il recupero energetico e l'efficienza complessiva del sistema. L'originalità del presente studio risiede nell'integrazione della valorizzazione delle acque reflue, dell'utilizzo della CO₂ e della digestione anaerobica all'interno di un modello unificato di bioraffineria circolare applicato al contesto italiano. L'analisi strategica condotta attraverso i framework SWOT, TOWS e PESTLE evidenzia il ruolo determinante del supporto normativo europeo, dell'accesso ai finanziamenti pubblici — in particolare il PNRR e i programmi Horizon — e dell'ottimizzazione tecnologica. I risultati dimostrano che, nonostante l'elevata intensità di capitale iniziale, un sistema integrato e modulare a base di microalghe può conseguire la sostenibilità economica e ambientale nel contesto europeo, con l'Italia quale mercato di ingresso ottimale grazie ai vantaggi climatici, infrastrutturali e normativi che la caratterizzano.