Respirare sott’acqua e produrre energia: le promesse del nuovo materiale che estrae ossigeno

Un secchio da 10 litri di questa sostanza basta ad assorbire tutto quello presente in una stanza

[6 ottobre 2014]

I ricercatori danesi della Syddansk Universitet hanno sintetizzato materiali cristallini che possono catturare i e stoccare ossigeno ad alte concentrazioni: l’ossigeno immagazzinato può essere poi rilasciato nuovamente quando e dove è necessario. Il materiale è stato progettato e sintetizzato dall’università danese, mentre diversi test sull’assorbimento dell’ossigeno sono stati realizzati con attrezzature speciali all’università australiana di Sydney

La leader del team, di  scienziati danesi, Christine McKenzie, sottolinea che «nell’aria che ci circonda abbiamo ben il 21% d’ossigeno. Ma a volte abbiamo bisogno d’ossigeno in concentrazioni più elevate; per esempio i pazienti con malattie polmonari devono portare pesanti bombole d’ossigeno, le automobili che utilizzano celle a combustibile hanno bisogno di un apporto d’ossigeno regolato. Forse un giorno, in futuro faremo  celle a combustibile “reversibili”, anche funzionanti con la luce del sole. Per questo dovremo separare l’ossigeno dall’idrogeno al fine di ricombinarli per ottenere energia».  La McKenzie  e Jonas Sundberg, del dipartimento di fisica, chimica e farmacia dell’università della Danimarca meridionale hanno sintetizzato un materiale che assorbe e conserva ossigeno in grandi quantità e dicono che «In laboratorio, abbiamo visto come questo materiale assorbe l’ossigeno presente nell’aria intorno a noi».

Il nuovo materiale è cristallino e, utilizzando la diffrazione a raggi X i ricercatori hanno studiato la disposizione degli atomi al suo interno, sia quando era pieno d’ossigeno che quando è stato svuotato.

«Il fatto che una sostanza possa reagire con l’ossigeno non è sorprendente – dicono alla Syddansk Universitet-  Mlte sostanze lo fanno ed il risultato non è sempre auspicabile: i cibi possono diventare rancidi quando vengono esposti all’ossigeno. D’altra parte il gusto e l’aroma di un vino cambia sottilmente quando viene arieggiato, ma non con troppo ossigeno! I nostri corpi non possono funzionare se non respiriamo». Christine McKenzie spiega però che «un aspetto importante di questo nuovo materiale è che non reagisce in maniera irreversibile con l’ossigeno. Anche se assorbe ossigeno durante il cosiddetto “selective chemisorptive process”, il materiale è sia un sensore che un contenitore per l’ossigeno: lo possiamo utilizzare per catturare, stoccare e trasportare ossigeno, come fosse un’emoglobina solida artificiale» e ne basta un secchio pieno da 10 litri per assorbire tutto l’ossigeno presente in una stanza.

La McKenzie evidenzia che «è anche interessante che il materiale sia in grado di assorbire e rilasciare ossigeno molte volte senza perderne la capacità. E’ come immergere una spugna in acqua, spremerne fuori l’acqua fuori e ripetere il processo più e più volte».

Una volta che l’ossigeno è stato assorbito lo si può stoccare nel materiale fino a quando non è necessario rilasciarlo, e questo può essere fatto riscaldandolo pochissimo o sottoponendolo a basse pressioni. Ora i ricercatrori danesi stanno vedendo se anche la luce possa essere utilizzata per far rilasciare ossigeno dal nuovo materiale, aprendo nuovi orizzonti nel campo della fotosintesi artificiale.

Il componente chiave del nuovo materiale è il cobalto, che è legato in una molecola organica appositamente progettata. «Il cobalto dà al nuovo materiale proprio la struttura molecolare ed elettronica che gli permette di assorbire ossigeno dall’ambiente circostante. Questo meccanismo è noto in tutte le creature che respirano sulla terra: gli esseri umani e molte altre specie utilizzano il ferro, mentre altri animali, come i granchi e ragni, utilizzano il rame. Piccole quantità di metalli sono essenziali per l’assorbimento d’ossigeno, quindi in realtà non è del tutto sorprendente vedere questo effetto nel nostro nuovo materiale», spiega ancora la  McKenzie La possibili applicazioni sono molte: a seconda del contenuto d’ossigeno atmosferico, temperatura, pressione, eccetera, alla sostanza  ci vogliono pochi secondi, minuti, ore o giorni per assorbire ossigeno, diverse versioni della sostanza possono legarsi all’ossigeno alle diverse velocità Con questa complessità diventa possibile produrre dispositivi che rilasciano e/o assorbono ossigeno secondo le diverse circostanze, ad esempio un maschera contenente strati di questi materiali nella sequenza corretta potrebbe rifornire attivamente una persona di ossigeno direttamente dall’aria senza l’ausilio di pompe o di un’alta pressione.

La McKenzie spiega come funziona la cosa: «Quando il materiale è saturo d’ossigeno, può essere paragonato ad un serbatoio contenente ossigeno puro sotto pressione, la differenza è che questo materiale può contenere tre volte tanto ossigeno. Questo potrebbe essere utile per i pazienti con problemi polmonari che oggi devono portare con loro bombole pesanti. Ma anche i subacquei un giorno potrebbero essere in grado lasciare le bombole d’ossigeno a casa e invece ottenere ossigeno da questo materiale, dato che “filtra” e concentra ossigeno dall’aria o dell’acqua circostante. Un granello contiene abbastanza ossigeno per un respiro e, dato che il materiale in grado di assorbire l’ossigeno dall’acqua e di fornirlo al subacqueo, i subacquei dovranno portare con loro solo pochi di questi granelli».