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Un gruppo di ricercatori è riuscito a mettere a punto un interessante dispositivo in grado di produrre carburante utilizzando solamente acqua, anidride carbonica e la luce solare come la fotosintesi delle piante. Che sia un nuovo approccio per pensare all’energia pulita?
La sfida energetica è sempre più difficile: come soddisfare la richiesta delle attività umane senza però inquinare ed essere dipendenti da fonti non rinnovabili? La ricerca si muove in molti fronti, ad esempio migliorando l’efficienza delle attuali tecnologie come i pannelli fotovoltaici oppure la scommessa sulla fusione fredda, le cui sperimentazioni stanno prendendo piede in tutto il mondo.
Ma anche i combustibili di nuova generazione possono rappresentare una buona possibilità per l’energia pulita. In particolare in molti stanno tentando di replicare i processi di fotosintesi che avvengono nelle piante al fine di produrre energia. Un team di ricercato alla fine ha prodotto un dispositivo in grado di farlo utilizzando luce solare, acqua e anidride carbonica, completamente indipendente da qualsiasi altro dispositivo o alimentazione elettrica.
Questo dispositivo, sviluppato da un team dell’Università di Cambridge, è un passo significativo verso il raggiungimento della fotosintesi artificiale, un processo che imita la capacità delle piante di convertire la luce solare in energia. Si basa su una tecnologia avanzata del “foglio fotografico” e converte la luce solare, l’anidride carbonica e l’acqua in ossigeno e acido formico, un combustibile immagazzinabile che può essere utilizzato direttamente o convertito in idrogeno (credit: Università di Cambridge)
Energia pulita: replicata la fotosintesi artificialmente?
Il dispositivo, sviluppato da un team dell’Università di Cambridge, è un passo significativo verso il raggiungimento della fotosintesi artificiale, un processo che imita la capacità delle piante di convertire la luce solare e semplici composti chimici in energia. Si basa sulla tecnologia molto avanzata del “foglio fotografico” e converte la luce solare, l’anidride carbonica e l’acqua in ossigeno e acido formico, un combustibile immagazzinabile che può essere utilizzato direttamente o convertito in idrogeno. I risultati, riportati sulla rivista Nature Energy, descrivono un nuovo metodo per la conversione dell’anidride carbonica in combustibili puliti tentando di replicare artificialmente la fotosintesi delle piante. Il dispositivo “wireless” – nel senso che non richiede nessuna fonte di alimentazione esterna ed è completamente standalone – potrebbe essere ampliato e utilizzato in “fabbriche” di energia pulita simili ai parchi solari fatti con i pannelli fotovoltaici, producendo carburante pulito utilizzando luce solare e acqua.
Lo sfruttamento dell’energia solare per convertire l’anidride carbonica in combustibile porta un doppio vantaggio: ci dovrebbe liberare dall’uso dei combustibili fossili e al contempo dovrebbe limitare la quantità di gas serra nell’atmosfera. Tuttavia ci sono degli aspetti negativi ovvero è difficile produrre questi combustibili puliti senza sottoprodotti indesiderati. Il primo autore Dr. Qian Wang del Dipartimento di Chimica di Cambridge afferma:
È stato difficile ottenere la fotosintesi artificiale con un alto grado di selettività, in modo da convertire quanta più luce solare possibile nel carburante che desideri, senza produrre una grande quantità di rifiuti.
Il professor Erwin Reisner, senior author, prosegue:
Inoltre, lo stoccaggio dei combustibili gassosi e la separazione dei sottoprodotti possono essere complicati: vogliamo arrivare al punto in cui possiamo produrre in modo pulito un combustibile liquido che possa anche essere facilmente immagazzinato e trasportato.
La storia del progetto
Nel 2019, i ricercatori del gruppo di Reisner hanno sviluppato un reattore solare basato su un design a “foglia artificiale” per imitare la fotosintesi delle piante, che utilizza la luce solare, l’anidride carbonica e l’acqua per produrre un combustibile, noto come syngas. Si tratta in sotanza di una miscela di monossido di carbonio e idrogeno gassoso che può essere utilizzato come carburante nei motori a ciclo diesel o come fonte di idrogeno, producendo energia pulita. La nuova tecnologia sembra e si comporta in modo abbastanza simile alla foglia artificiale, ma funziona in modo diverso e produce acido formico.
Questa “foglia artificiale” utilizza acqua, luce solare e anidride carbonica per produrre un gas ampiamente utilizzato, ispirato al processo naturale di fotosintesi mediante il quale le piante utilizzano l’energia della luce solare per trasformare l’anidride carbonica in cibo (credit: Virgil Andrei)
Mentre la foglia artificiale utilizzava componenti provenienti da celle solari, il nuovo dispositivo non richiede questi componenti e si basa esclusivamente su fotocatalizzatori incorporati su un foglio per produrre un cosiddetto foglio fotocatalizzatore, per emulare la fotosintesi delle piante. I fogli sono costituiti da polveri di semiconduttori, che possono essere preparati in grandi quantità in modo semplice ed economico. Inoltre, questa nuova tecnologia è più robusta e produce un carburante pulito che è più facile da immagazzinare e potenzialmente può essere prodotto e stoccato in larga scala per la produzione di energia pulita. L’unità di prova ha una dimensione di 20 centimetri quadrati, ma i ricercatori dicono che dovrebbe essere relativamente semplice ridimensionarla fino a diversi metri quadrati. Inoltre, l’acido formico può essere accumulato in soluzione ed essere convertito chimicamente in diversi tipi di carburante. Wang spiega:
Siamo rimasti sorpresi dal modo in cui ha funzionato in termini di selettività: non ha prodotto quasi nessun sottoprodotto. A volte le cose non funzionano come ti aspettavi, ma questo è stato un raro caso in cui effettivamente ha funzionato meglio.
Il catalizzatore a base di cobalto che converte l’anidride carbonica è facile da realizzare e relativamente stabile. Sebbene questa tecnologia sia più facile da scalare rispetto alla foglia artificiale, le efficienze devono ancora essere migliorate prima di poter prendere in considerazione qualsiasi distribuzione commerciale che generi profitto dall’investimento. I ricercatori stanno sperimentando una gamma di catalizzatori differenti per migliorare sia la stabilità che l’efficienza nella produzione di energia pulita. I risultati attuali sono stati ottenuti in collaborazione con il team del professor Kazunari Domen dell’Università di Tokyo, coautore dello studio. I ricercatori stanno ora lavorando insieme per ottimizzare ulteriormente il sistema e migliorare l’efficienza. Inoltre, stanno esplorando altri catalizzatori da utilizzare sul dispositivo per ottenere diversi combustibili ispirandosi alla fotosintesi per la produzione di energia pulita. Insomma, le basi sono stata gettate e tutto sembra funzionare, il problema resta sempre trovare la chiave di volta che sblocchi i vantaggi pratici. Dalla sezione scienze è tutto! Continuate a seguirci per tante altre news ed approfondimenti!
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