La fotosintesi artificiale promette una fonte di energia pulita e sostenibile

Gli esseri umani possono fare molte cose che le piante non possono fare. Possiamo camminare, parlare, ascoltare, vedere e toccare. Ma le piante hanno un grande vantaggio sugli esseri umani: possono ottenere energia direttamente dal sole. Quel processo di conversione della luce solare in energia utilizzabile – chiamato fotosintesi – potrebbe presto essere un’impresa che gli esseri umani possono emulare per sfruttare l’energia del sole per un combustibile pulito, immagazzinabile ed efficiente. In un’ora raggiunge la Terra sotto forma di luce solare energia sufficiente a soddisfare il fabbisogno energetico della civiltà umana per un anno intero.

Yulia Puskhar, biofisica e professoressa di fisica al Purdue College of Science, potrebbe avere un modo per sfruttare quell’energia imitando le piante. L’energia eolica e solare, sfruttate dalle celle fotovoltaiche, sono le due principali forme di energia pulita disponibili. Aggiungerne una terza, la fotosintesi sintetica, cambierebbe radicalmente il panorama delle energie rinnovabili. La capacità di immagazzinare energia facilmente, senza la necessità di batterie di grandi dimensioni, migliorerebbe notevolmente la capacità umana di alimentare il pianeta in modo pulito ed efficiente.

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Sia le turbine eoliche che l’energia fotovoltaica hanno ancora alcune barriere per alimentare il mondo su larga scala. Pushkar spera che la fotosintesi artificiale possa aiutare a risolvere alcuni di questi problemi. Noi e altri ricercatori in tutto il mondo stiamo lavorando molto duramente per cercare di ottenere energia accessibile. Un’energia pulita e sostenibile che possiamo creare con elementi atossici e facilmente reperibili. La nostra fotosintesi artificiale è la strada da percorrere.

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La fotosintesi è una complessa danza di processi mediante i quali le piante convertono la radiazione solare e le molecole d’acqua in energia utilizzabile sotto forma di glucosio. Per fare questo usano un pigmento, generalmente la famosa clorofilla, oltre a proteine, enzimi e metalli. Il processo più simile alla fotosintesi artificiale che gli esseri umani hanno oggi è la tecnologia fotovoltaica, in cui una cella solare converte l’energia del sole in elettricità. Questo processo è famoso per la sua inefficienza, poiché è in grado di catturare solo il 20% dell’energia solare. La fotosintesi, invece, è radicalmente più efficiente; È in grado di immagazzinare il 60% dell’energia solare sotto forma di energia chimica nelle biomolecole associate.

L’efficienza delle semplici celle fotovoltaiche – i pannelli solari – è limitata dalla capacità dei semiconduttori di assorbire energia dalla luce e dalla capacità della cella di produrre energia. Questo limite è qualcosa che gli scienziati potrebbero superare con la fotosintesi sintetica. Con la fotosintesi artificiale non ci sono limitazioni fisiche fondamentali. Si può facilmente immaginare un sistema con un’efficienza del 60%, perché abbiamo già un precedente nella fotosintesi naturale. E se diventiamo molto ambiziosi, potremmo persino immaginare un sistema efficiente fino all’80%. La fotosintesi è molto efficiente quando si tratta di dividere l’acqua, un primo passo nella fotosintesi artificiale. Le proteine ​​vegetali del fotosistema II lo fanno mille volte al secondo.

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Il gruppo di Pushkar sta imitando il processo costruendo il proprio analogo foglia artificiale che raccoglie la luce e divide le molecole d’acqua per generare idrogeno. L’ idrogeno verde può essere utilizzato come combustibile da solo attraverso la cella a combustibile o aggiunto ad altri combustibili come il gas naturale, alimentando tutti i tipi di dispositivi, dai veicoli alle case, passando per piccoli dispositivi elettronici, laboratori e ospedali.

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Gli scienziati del laboratorio di Pushkar sperimentano con proteine ​​naturali del fotosistema II e combinazioni di catalizzatori sintetici per cercare di capire cosa funziona meglio e perché. Dà anche la priorità all’uso di composti e sostanze chimiche che sono abbondanti sulla Terra, sono facilmente accessibili e non sono tossici per il pianeta. Il progresso nella fotosintesi artificiale è complicato, tuttavia, dal fatto che la fotosintesi è così multiforme, un fatto che gli studenti di biochimica di tutto il mondo si lamentano. ” La reazione è molto complessa ” , afferma Pushkar. ” La chimica della divisione delle molecole d’acqua è estremamente intricata e difficile .”

Gli scienziati hanno lavorato sulla fotosintesi artificiale dagli anni ’70. È molto tempo, ma non se ricordi che la fotosintesi ha impiegato milioni di anni per evolversi. Non solo, ma gli scienziati ritengono che, a differenza del volo, della comunicazione o dell’intelligenza, la fotosintesi si sia evoluta solo una volta: circa 3 miliardi di anni fa, solo circa 1,5 miliardi di anni di esistenza della Terra. Pushkar afferma che nei prossimi 10-15 anni saranno stati compiuti progressi sufficienti affinché i sistemi commerciali di fotosintesi artificiale inizino a funzionare.

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Fonte: ecoinventos.com

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