Potenziare la fotosintesi per ottimizzare sfruttamento dell’energia solare

Sono stati i ricercatori del CNR di BARI a creare un nuovo modo per convertire la luce in energia, sintetizzando un sistema ibrido, costituito da elementi naturali e sintetici che potrebbero ottimizzare la produzione di energia da quella solare. Lo studio è stato pubblicato su Angewandte Chemie.

“Abbiamo combinato il ‘cuore’ dell’apparato fotosintetico di un batterio con una molecola sintetica capace di assorbire luce efficacemente, potenziando in tal modo la capacità del sistema naturale”, spiega Massimo Trotta dell’Ipcf-Cnr. “In tutti gli organismi naturali alimentati dalla fotosintesi, l’organizzazione funzionale dell’apparato è la stessa: complessi di proteine e pigmenti catturano la luce come un’antenna e la guidano a un centro di reazione, dove l’energia è convertita in coppie di cariche opposte: un elettrone carico negativamente viene separato dalla molecola di provenienza, lasciandovi una ‘buca’ carica positivamente”.

Questo stato, per poter essere utilizzato, deve essere però mantenuto abbastanza a lungo: “Di recente sono stati sviluppati dei sistemi totalmente sintetici che catturano efficacemente la luce, ma il tempo di vita degli stati a cariche separate generati è dell’ordine dei millisecondi. Per superare questa limitazione, nei sistemi ibridi, si combinano un ‘fotoconvertitore’ naturale e un assorbitore artificiale di luce: finora sono stati utilizzati i ‘quantum dots’, ossia nanostrutture realizzate con materiali semiconduttori”, prosegue Francesco Milano, un altro autore della ricerca.

Il gruppo di ricercatori baresi ha invece impiegato come antenna artificiale un assorbitore molecolare progettato ad hoc, che possiede numerosi vantaggi rispetto ai ‘quantum dots’. “La varietà strutturale sta nell’utilizzo di composti organici che permettono una modulazione molto precisa delle proprietà fotofisiche ed elettroniche dell’assorbitore”, spiegano Angela Agostiano e Gianluca M. Farinola dell’Università di Bari che hanno collaborato al progetto. “La forma e la flessibilità molecolare possono così essere controllate in modo tale che l’antenna artificiale non alteri la reazione naturale e che sia inserita sul centro di reazione nei siti desiderati, in modo da massimizzarne l’efficacia”.

I ricercatori Ipcf-Cnr sono riusciti a combinare l’antenna molecolare da loro ideata con il centro di reazione del batterio rosso ‘Rhodobacter sphaeroides R26′. “Questo consente di potenziare l’attività del microrganismo, estendendola a una regione dello spettro della luce solare che non viene assorbita dal sistema biologico originario, dimostrando che è possibile disegnare ibridi organico-biologici che, in opportune condizioni, risultino più performanti del sistema naturale”, conclude Trotta.