Gli spinaci danno la carica (elettrica)

Scoperta combinazione che produce corrente elettrica tra una proteina presente negli spinaci e il silicio

Che fossero un alimento altamente nutritivo lo avevamo appreso grazie ai cartoni animati, ma  ora sappiamo anche che posoono  essere una fonte di energia economica e pulita.
Un team interdisciplinare di ricercatori della Vanderbilt University ha sviluppato una tecnica per combinare la proteina foto-sintetica presente negli spinaci, capace di convertire la luce in energia elettrochimica, con il silicio, materiale presente nelle celle solari, in modo da produrre molta più corrente elettrica di quella registrata nelle celle solari ‘bio-ibride’.La ricerca è stata pubblicata online sulla rivista Advanced Materials.
“Tale combinazione produce livelli di corrente quasi 1000 volte più alti di quelli che eravamo riusciti ad ottenere depositando la proteina in vari tipi di metalli. E produce anche un voltaggio maggiore” sostiene David Cliffel, professore associato di chimica, che ha collaborato al progetto con Kane Jennings, professore di ingegneria chimica e biomolecolare. “Se riuscissimo a continuare ad aumentare il voltaggio e  i livelli di corrente, potremmo raggiungere buone tecnologie di conversione solare in tre anni”

Il prossimo step per gli scienziati sarà costruire una cella solare PS1-silicio efficace, sfruttando questo nuovo progetto. Grazie al finanziamento dell’ Environmental Protection Agency, il professore Jennings e degli studenti di ingegneria potranno costruire il prototipo. Gli studenti hanno vinto il premio alla  National Sustainable Design Expo tenutasi ad Aprile grazie al progetto di un pannello solare. Con la nuova scoperta stimano che il pannello possa produrre almeno 100  milliampere volt -sufficienti ad attivare diversi strumenti elettrici.

Oltre 40 anni fa alcuni scienziati scoprirono che una proteina coinvolta nella fotosintesi, chiamata Photosystem 1 (PS1), continuava a funzionare una volta estratta dalle piante, ad esempio dagli spinaci. Scoprirono quindi che PS1 converte i raggi solari in energia elettrica con ottimi margini di efficienza, migliori di quelli ottenuti dai dispositivi artificiali. La scoperta spinse diversi gruppi di ricerca ad utilizzare PS1 per creare celle solari più efficaci.

Un altro potenziale vantaggio di queste cellule bio-ibride è che possono essere create con materiali economici e facilmente reperibili, diversamente da molti dispositivi microelettronici che richiedono materiali rari e costosi come il platino o l’indio. La maggior parte delle piante usano le stesse proteine foto-sintetiche che si trovano negli spinaci, per questo motivo Jennings sta lavorando su un altro progetto per estrarre PS1 dal kudzu, una pianta selvatica rampicante.

Dalla scoperta iniziale i progressi effettuati sono stati lenti ma costanti. I ricercatori sono infatti riusciti a ideare metodi per estrarre PS1 dalle foglie in maniera efficace. Eppure le quantità di energia prodotta da queste celle bio-ibride sono state decisamente inferiori rispetto alle celle fotovoltaiche in commercio.
Un altro ordine di problema aveva a che vedere con la longevità. La performance di alcune celle scadeva dopo solo poche settimane. Nel 2010 invece il team di Vanderbilt è riuscito a mantenere una cella PS1 in funzione per nove mesi senza deteriorarne la resa. “La natura è eccellente in questo. Negli alberi sempre verdi, ad esempio, PS1 dura per anni” afferma Cliffel. “Adesso siamo riusciti a cavarcela da soli”

I ricercatori di Vanderbilt fanno sapere che la loro combinazione PS1/silicio produce circa un milliampere (850microamp) di corrente per centimetro quadrate a 0,3 volt. Pari a circa due volte e mezzo in più rispetto ai migliori livelli riportati dalle precedenti celle bio-ibride.