La foglia bionica che trasforma la luce solare in combustibile liquido (VIDEO)

Scoperto un nuovo sistema che supera l'efficienza della fotosintesi

[8 giugno 2016]

Foglia bionica 1

Secondo Daniel Nocera, un professore della Harvard University che si occupa di energia, e Pamela Silver, che insegna chimica e sistemi biologici  all’Harvard Medical School, i giorni delle trivellazioni alla ricerca di idrocarburi potrebbero essere contati e per produrre energia basterà avere a disposizione un po’ di sole.

Nocera e Silver hanno infatti realizzato un sistema che sfrutta l’energia solare per dividere le molecole d’acqua  e batteri che si alimentano di idrogeno per produrre combustibili liquidi.

Lo studio “Artificial photosynthesis steps up”, che Nocera e Silver hanno pubblicato su Science insieme a Chong Liu e Brendan Colón, descrive come avviene questo processo che potrebbe cambiare il modo di produrre energia e Nocera spiega che «Si tratta di un vero e proprio sistema di fotosintesi artificiale. Prima, la gente utilizzava  la fotosintesi artificiale per la scissione dell’acqua, ma questo è un vero e proprio sistema dalla A alla Z e siamo andati ben oltre l’efficienza della fotosintesi in natura».

La Silver Aggiunge: «Lo studio dimostra che il nuovo sistema può essere utilizzato per produrre combustibili, ma il suo potenziale non finisce qui. La bellezza della biologia è che è il chimico più grande del mondo: la biologia può fare la chimica che noi non possiamo fare facilmente. In linea di principio, abbiamo una piattaforma in grado di fare qualsiasi molecola a base di carbonio. Quindi, questo può essere potenzialmente incredibilmente versatile».

Il nuovo sistema è stato chiamato “bionic leaf 2.0”  e questa foglia bionica si basa sul precedente lavoro di Nocera,Silver ed altri ricercatori che – anche se era in grado di utilizzare l’energia solare per produrre isopropanolo – ha dovuto affrontare una serie di problemi. «Il primo fra questi – ha detto  Nocera  – è stato il fatto che il catalizzatore utilizzato per produrre idrogeno – una lega di nichel-molibdeno-zinco – ha creato anche delle specie reattive dell’ossigeno, molecole che hanno attaccato e distrutto il DNA dei batteri. Per evitare questo, i ricercatori sono stati costretti a far funzionare il sistema a voltaggi anormalmente elevate, con conseguente minore efficienza. Per questo lavoro, abbiamo progettato un nuovo catalizzatore in lega di cobalto-fosforo, che abbiamo dimostrato non produce specie reattive dell’ossigeno. Questo ci ha permesso di abbassare il voltaggio, il  che ha portato ad un eccezionale aumento di efficienza. Così, il Sistema della foglia bionica è l’energia solare in biomassa con il 10% di efficienza, di gran lunga al di sopra dell’1% che vediamo nelle piante a più rapida crescita».

Oltre ad aumentare l’efficienza, il team dei Nocera e Silver è riuscito anche a produrre isobutanolo e isopentano e il sistema può creare PHB, un precursore della bio-plastica, un processo che era già stato dimostrato da Anthony Sinskey del MIT.

Il nuovo catalizzatore ha anche con un altro vantaggio: il suo design chimico gli permette di “auto-ripararsi”. Secondo la Silver si tratta di qualcosa di geniale: «Questi catalizzatori sono totalmente biologicamente compatibili». E Nocera aggiunge: «Anche se forse c’è ancora spazio per ulteriori aumenti di efficienza, il sistema è già abbastanza efficace per poter prendere in considerazione le possibili applicazioni commerciali, ma all’interno di un modello diverso per la traslazione della tecnologia. E’ una scoperta importante: ci dice che possiamo fare meglio di quanto fa la fotosintesi. Ma voglio anche portare questa tecnologia nel mondo in via di sviluppo».

Lavorando in collaborazione con il First 100 Watts program di Harvard ad Harvard, che ha contribuito a finanziare la ricerca, Nocera spera di poter continuare a sviluppare la tecnologia e le sue applicazioni in Paesi come l’India, con l’aiuto degli scienziati dei Paesi in via di sviluppo: «In molti modi, il nuovo sistema segna il compimento della promessa della mi “foglia artificiale”, che usa l’energia solare per dividere l’acqua e fare combustibile a idrogeno. Se ci pensate, la fotosintesi è incredibile: ci vuole la luce del sole, l’acqua e l’aria e poi vedere un albero. Questo è esattamente quello che abbiamo fatto, ma lo facciamo molto meglio, perché ci mettiamo tutta quell’energia in un combustibile».

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