In cammino verso la foglia bionica

Gli scienziati che cercano forme di energia sostenibile guardano, come ad un esempio irripetibile, alla fotosintesi clorofiliana. I tentativi di imitazione che ne derivano cercano di creare una sorta di fotosintesi artificiale.L’obiettivo è una sorta di foglia bionica che produce energia grazie alla luce del sole. A questo stanno lavorando anche gli scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory ( Berkeley Lab), che sembrano aver compiuto un passo avanti in questa direzione.

“Abbiamo sviluppato un metodo con cui catalizzatori molecolari che producono idrogeno possono essere interfacciati con un semiconduttore che assorbe la luce visibile”, dice Gary Moore, del Laboratorio di Berkeley e ricercatore principale del Joint Center for Artificial Photosynthesis (JCAP). “I nostri risultati sperimentali indicano che il catalizzatore e l’assorbitore di luce sono interfacciati strutturalmente e funzionalmente.”

Lo studio è stato pubblicato sul Journal of American Chemical Society (JACS).

La terra riceve dal Sole in un’ora l’energia che l’umanità consuma in un anno intero. Attraverso il processo di fotosintesi, le piante verdi sfruttano l’energia solare per scindere le molecole d’acqua in ossigeno, ioni idrogeno (protoni) ed elettroni liberi. L’ossigeno viene rilasciato come rifiuto ed i protoni e gli elettroni sono utilizzati per convertire l’anidride carbonica in zuccheri che le piante utilizzano per l’energia. Gli scienziati mirano a imitare questo processo, ma migliorandolo.

JCAP è il più grande programma di ricerca negli Stati Uniti dedicato allo sviluppo di una tecnologia solare. L’obiettivo è un sistema di fotosintesi artificiale almeno 10 volte più efficiente della fotosintesi naturale.

“A tal fine, una volta che i fotoanodi hanno utilizzato l’energia solare per scindere le molecole d’acqua, gli scienziati del JCAP hanno bisogno di fotocatodi, semiconduttori ad alte prestazioni che possono utilizzare l’energia solare per catalizzare la produzione di combustibile. Nei precedenti sforzi per produrre combustibile a idrogeno, i catalizzatori sono stati immobilizzati su supporti non fotoattivi. Questo approccio richiede l’ applicazione di un potenziale elettrico esterno per generare idrogeno. Moore ed i suoi colleghi hanno combinato questi passaggi in un unico materiale”, spiegano gli scienziati in un comunicato

“Accoppiando l’assorbimento della luce visibile con la produzione di idrogeno in un materiale, possiamo generare un carburante semplicemente illuminando il fotocatodo ” dice Moore. “Non è necessaria alcuna polarizzazione elettrochimica esterna”.

Per fare ciò gli scienziati hanno usato il fosfuro di gallio e un catalizzatore per la produzione di idrogeno contenente cobalto molecolare. Per rimediare all’instabilità del fosfuro di gallio, gli scienziati l’hanno ricoperto con una pellicola di vinilpiridina e se la vinilpiridina viene poi trattata chimicamente con il catalizzatore, la produzione di idrogeno è notevolmente potenziata.

Nonostante le sue promettenti proprietà elettroniche il fosfuro di gallio presenta un intervallo di banda ottica di medie dimensioni che limita la frazione totale di fotoni solari disponibile per l’assorbimento. Moore ed i suoi colleghi stanno ora studiando semiconduttori che coprono una gamma più ampia dello spettro solare , e catalizzatori che funzionano più velocemente a potenziali elettrici inferiori. Prevedono inoltre di studiare catalizzatori molecolari per la riduzione del biossido di carbonio.

“Ci auguriamo di poter adattare il nostro metodo per incorporare materiali con proprietà migliorate per convertire la luce solare in combustibile “, conclude Moore.