Foglie artificiali: scoperta la danza di protoni ed elettroni
La realizzazione della foglia artificiale sempre più vicina grazie alla scoperta di scienziati italiani
Uno studio di ricercatori italiani pubblicato sulla rivista PNAS ha scoperto come si muovono elettroni e protoni durante la fotosintesi clorofilliana. La scoperta sarà utile per la realizzazione della cosiddetta foglia elettronica.
Il sogno della foglia artificiale, un dispositivo in grado di produrre energia su modello delle foglie naturali, è stato definito il “Sacro Graal” dagli scienziati. Riuscire a riprodurre il meccanismo misterioso che consente alla piante di produrre energia significherebbe poter avere energia sostenibile ed economica anche nei paesi in via di sviluppo.
La ricerca, guidato da Leonardo Guidoni, responsabile scientifico del progetto europeo (ERC) MultiscaleChemBio, coordinato dalla Sapienza, e condotta con Daniele Narzi e Daniele Bovi, ha scoperto che elettroni e protoni danzano in coppia al ritmo della fotosintesi clorofilliana.
Il contesto della scoperta è il meccanismo, ancora misterioso, della fotosintesi colorifilliana, più precisamente del “Fotosistema 2, un complicato aggregato di proteine, clorofille ed altre molecole presente nelle foglie”, si spiega in un comunicato.
In questo processo necessario all’elettrolisi, cioè la scissione dell’acqua in ossigeno e idrogeno. “La luce solare viene assorbita direttamente generando ossigeno ed una “corrente” di protoni ed elettroni in seguito utilizzata per la sintesi di molecole altamente energetiche come l’ATP”,si legge ancora nel comunicato che continua spiegando come la ricerca “ha rivelato come gli elettroni e i protoni, prodotti dalla reazione di elettrolisi dell’acqua innescata dalla luce solare, si muovano in maniera sequenziale e coordinata. Le simulazioni al calcolatore hanno mostrato come il movimento degli elettroni, di carica negativa, sia strettamente correlato a quello dei protoni, più pesanti e di carica positiva. In alcuni precisi istanti, entrambe le particelle si muovono in maniera coordinata, come se eseguissero un ballo di coppia”.
“La scoperta – afferma Leonardo Guidoni- aggiunge un prezioso tassello nella comprensione dei meccanismi con cui la Natura si è evoluta per catturare ed accumulare l’energia del sole. Capire come funziona la fotosintesi naturale è anche di fondamentale importanza per cercare di imitarla, attraverso lo sviluppo di nuove tecnologie in grado di produrre energie rinnovabili”.
Gli scienziati del Massachusetts Institute of Technology l’anno scorso avevano dato notizia di aver prodotto la prima foglia artificiale sostenibile, ma da questo annuncio a produrre un prototipo commerciabile potrebbe passara ancora qualche decennio. Spiega infatti Guidoni che “In particolare, ricalcando il processo fotosintetico presente in natura sono stati sviluppati, in numerosi laboratori sperimentali americani ed europei, prototipi della cosiddetta foglia artificiale, ossia un dispositivo composto di materiali sostenibili in grado di produrre idrogeno dall’acqua utilizzando la luce solare. Nel prossimo ventennio, il successo delle ricerche in questo campo potrebbe dare una forte spinta verso l’economia ad idrogeno, dove il combustibile, anziché essere ricavato da fonti fossili come oggi, verrà prodotto direttamente dal sole in maniera sostenibile, economica e distribuita su tutto il territorio.”
La ricerca è stata condotta utilizzando metodi di meccanica quantistica e supercalcolatori europei. Partner della ricerca è anche l’Università degli Studi de L’Aquila.
