Fotosintesi semi-artificiale, nuovo metodo per trasformare luce del sole in energia

Installazione sperimentale a due elettrodi che mostra la cellula fotoelettrochimica illuminata con luce solare simulata (credito: Katarzyna Sokół)

La ricerca di nuovi modi per sfruttare l’energia solare ha fatto un passo avanti dopo che i ricercatori hanno diviso l’acqua in idrogeno e ossigeno alterando il macchinario fotosintetico delle piante.

La fotosintesi è il processo utilizzato dalle piante per convertire la luce solare in energia. L’ossigeno viene prodotto come sottoprodotto della fotosintesi quando l’acqua assorbita dalle piante viene “divisa”. È una delle reazioni più importanti sul pianeta perché è la fonte di quasi tutto l’ossigeno del mondo. L’idrogeno che viene prodotto quando l’acqua è divisa potrebbe potenzialmente essere una fonte verde ed illimitata di energia rinnovabile.

Un nuovo studio , condotto da accademici dell’Università di Cambridge, ha utilizzato la fotosintesi semi-artificiale per esplorare nuovi modi di produrre e immagazzinare energia solare. Hanno usato la luce solare naturale per convertire l’acqua in idrogeno e ossigeno utilizzando una miscela di componenti biologici e tecnologie artificiali.

La ricerca potrebbe ora essere utilizzata per rivoluzionare i sistemi utilizzati per la produzione di energia rinnovabile.
Un nuovo documento, pubblicato su Nature Energy, sottolinea come gli scienziati del Reisner Laboratory del Dipartimento di Chimica di Cambridge abbiano sviluppato la loro piattaforma per ottenere la separazione dell’acqua guidata dall’assenza di energia solare.

Il loro metodo è anche riuscito ad assorbire più luce solare rispetto alla fotosintesi naturale.
Katarzyna Sokół, prima autrice e studentessa di dottorato al St John’s College, ha dichiarato: “La fotosintesi naturale non è efficiente perché si è evoluta solo per sopravvivere, quindi rende la minima quantità di energia necessaria – circa l’1-2% di ciò che potrebbe potenzialmente convertire e memorizzare.”

La fotosintesi artificiale esiste da decenni, ma non è stata ancora utilizzata con successo per creare energia rinnovabile perché si basa sull’uso di catalizzatori, che sono spesso costosi e tossici. Ciò significa che non può ancora essere utilizzato per aumentare i risultati a livello industriale.
La ricerca di Cambridge fa parte del campo emergente della fotosintesi semi-artificiale che mira a superare i limiti della fotosintesi completamente artificiale utilizzando gli enzimi per creare la reazione desiderata.

Sokół e il team di ricercatori non solo hanno migliorato la quantità di energia prodotta e immagazzinata, ma sono riusciti a riattivare un processo nelle alghe che è rimasto inattivo per millenni: “L’idrogenasi è un enzima presente nelle alghe che è in grado di ridurre i protoni in idrogeno. Durante l’evoluzione, questo processo è stato disattivato perché non era necessario per la sopravvivenza, ma siamo riusciti a bypassare l’inattività per ottenere la reazione che volevamo – suddividere l’acqua in idrogeno e ossigeno. ”

Sokół spera che i risultati consentiranno di sviluppare nuovi sistemi modello innovativi per la conversione dell’energia solare: “È emozionante poter scegliere selettivamente i processi che vogliamo e ottenere la reazione che vogliamo, che è inaccessibile in natura. Questa potrebbe essere una grande piattaforma per lo sviluppo di tecnologie solari. L’approccio potrebbe essere usato per accoppiare altre reazioni insieme per vedere cosa si può fare, imparare da queste reazioni e quindi costruire pezzi sintetici e più robusti della tecnologia dell’energia solare.”

Questo modello è il primo a utilizzare correttamente l’idrogenasi e il fotosistema II per creare una fotosintesi semi-artificiale guidata esclusivamente da energia solare.
Il dott. Erwin Reisner, capo del Laboratorio Reisner, membro del St John’s College, Università di Cambridge, e uno degli autori del lavoro descrive la ricerca come una pietra miliare: “Questo lavoro supera molte difficili sfide associate all’integrazione di componenti biologici e organici in materiali inorganici per l’assemblaggio di dispositivi semi-artificiali e apre una cassetta degli attrezzi per lo sviluppo di sistemi futuri per la conversione dell’energia solare.”

Il testo di questo articolo è stato tradotto in italiano dal testo pubblicato qui sotto licenza Creative Commons — Attribution 4.0 International — CC BY 4.0 ed è dunque disponibile secondo la stessa licenza.

Fonti e approfondimenti



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