Da foglie artificiali si produrrà “energia green”

Se l’energia solare è catturata dalle foglie per la fotosintesi perché non sfruttare questo meccanismo cercando di capire come funziona la fotosintesi per riprodurla con lo scopo di creare energia pulita? Ponendosi questo interrogativo, Leonardo Guidoni, a capo del progetto scientifico “MultiscaleChemBio” coordinato dall’Università Sapienza di Roma, ha fatto una scoperta destinata a rivoluzionare il modo di produrre energie rinnovabili.

Il potere infinito delle foglie...

La ricerca parte così dall’analisi della fotosintesi clorofilliana. Da milioni di anni piante e batteri, attraverso il processo di fotosintesi clorofilliana, si sa che utilizzano la luce solare per immagazzinare l’energia necessaria per svolgere le loro funzioni vitali. Il primo passo di tale processo consiste nella scissione dell’acqua nelle sue componenti, ovvero ossigeno e idrogeno.

Questo meccanismo di elettrolisi avviene nel fotosistema 2, un complicato aggregato di proteine, clorofille ed altre molecole, presente nelle foglie. La luce solare viene assorbita direttamente generando ossigeno ed una “corrente” di protoni ed elettroni in seguito utilizzata per la sintesi di molecole altamente energetiche come l’ATP. Nonostante alcuni dettagli del funzionamento di questo complesso processo biologico siano ormai stati rivelati, l’esatto meccanismo di tale processo è tuttora avvolto nel mistero.

Il team di Leonardo Guidoni ha compreso come gli elettroni e i protoni, prodotti dalla reazione di elettrolisi dell’acqua innescata dalla luce solare si muovano in maniera sequenziale e coordinata. Le simulazioni al calcolatore hanno mostrato come il movimento degli elettroni di carica negativa sia strettamente correlato a quello dei protoni, più pesanti e di carica positiva. In alcuni precisi istanti, entrambe le particelle si muovono in maniera coordinata, come se eseguissero un ballo di coppia.

Lo studio, che ha connotazioni prettamente multidisciplinari tra fisica, chimica e biologia, è stato condotto attraverso simulazioni di meccanica quantistica eseguite su super-calcolatori europei.

Questa scoperta aggiunge un prezioso tassello nella comprensione dei meccanismi con cui la natura si è evoluta per catturare ed accumulare l’energia del sole. Ricalcando il processo foto-sintetico presente in natura sono stati pertanto sviluppati, in numerosi laboratori sperimentali americani ed europei, prototipi della cosiddetta foglia artificiale, ossia un dispositivo composto di materiali assolutamente sostenibili in grado di produrre idrogeno dall’acqua utilizzando la luce solare.

Nel prossimo ventennio il successo delle ricerche nel campo dell’energia alternativa potrebbe dare una forte spinta verso l’economia ad idrogeno, dove il combustibile, anziché essere ricavato da fonti fossili come accade oggi, verrà prodotto direttamente dal sole in maniera sostenibile, economica e distribuita su tutto il territorio.

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