Da una ricerca italiana catalizzatori che producono combustibile ‘verde’

L’energia prodotta dai pannelli solari, sia essa termica o elettrica, deve essere utilizzata immediatamente. Infatti è difficile da immagazzinare e conservare e anche il suo trasporto può essere piuttosto complicato. La creazione di celle solari in grado di produrre energia in un modo facilmente immagazzinabile e trasportabile è quindi la sfida del futuro dell’energia solare. Per questo motivo gli scienziati della SISSA stanno lavorando su un catalizzatore che imiti e migliori ciò che la natura è in grado di fare da milioni di anni.

Le piante trasformano l’energia solare in zuccheri, il vero carburante “verde”, attraverso la fotosintesi. In questo processo un ruolo chiave viene svolto dai catalizzatori, molecole che “tagliano e incollano” altre molecole, e che nel caso specifico dell’acqua ossidano, cioè separano l’idrogeno dall’ossigeno. L’idrogeno (che è già un combustibile, ma è molto difficile da gestire) viene utilizzato in una fase successiva in processi di sintesi che producono zuccheri da atomi di idrogeno e carbonio. Ma gli scienziati stanno cercando di ottenere artificialmente la stessa tipologia di processo utilizzando catalizzatori inorganici, che sono più veloci e più resistenti di quelli naturali (che sono molto lenti: basti pensare a quanto tempo un albero ha bisogno di crescere). Materiali efficaci, ma costosi e limitati già esistono in natura.

“La parte cruciale della fotosintesi artificiale è l’ossidazione dell’acqua. Abbiamo simulato il modo in cui una molecola di UR4-plyoxometalate (UR4-POM) funzioni in questo processo. Tale reazione complessa richiede catalizzatori, proprio come un  processo naturale”, spiega Simone Piccinin, un ricercatore della SISSA e dell’ Istituto per l’Officina dei Materiali (CNR-IOM) e autore principale dello studio. UR4-POM è stato scelto perché la sua efficacia era stata già dimostrata in precedenti occasioni in esperimenti condotti dal gruppo ITM-CNR e dell’Università di Padova, che fu il primo a sintetizzare la molecola e che ha anche preso parte a questa ricerca.

“Quello che ancora mancava era la comprensione del processo, così abbiamo riprodotto il comportamento elettronico della molecola tramite simulazioni numeriche”, sottolinea Stefano Fabris della SISSA e del CNR-IOM, che ha coordinato il lavoro teorico pubblicato negli atti del National Academy of Sciences (PNAS). “Abbiamo così osservato che i siti attivi della nuova molecola, vale a dire quelli che trasmettono la reazione, sono quattro atomi di rutenio.”

“Il rutenio è costoso e raro, ma ora che sappiamo come gli atomi che causano il processo di ossidazione devono essere organizzati possiamo sostituirli  con elementi che cercano di ottenere lo stesso livello di efficacia del Rutenio,” ha concluso Fabris.