La fotosintesi artificiale che trasforma il biossido di carbonio in combustibili liquidi

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I chimici dell’Università dell’Illinois, attraverso la fotosintesi artificiale, sono riusciti con successo a produrre combustibili, utilizzando molecole di acqua e anidride carbonica insieme alla luce visibile. Convertendo il biossido di carbonio in molecole più complesse, come ad esempio il propano, la tecnologia energetica verde tra poco sarà capace di utilizzare la CO2 in eccesso per immagazzinare l’energia solare, sotto forma di legami chimici da utilizzare quando il cielo è nuvoloso o durante i periodi di massima richiesta.

Le piante sfruttano la luce del sole per attivare le reazioni chimiche tra acqua e CO2, producendo e immagazzinando energia solare sotto forma di denso glucosio ricco di energia. Nel nuovo studio i ricercatori hanno sviluppato un processo artificiale, che utilizza la stessa porzione di luce verde dello spettro visibile utilizzato dalle piante durante la fotosintesi naturale per convertire CO2 e acqua in combustibile. Per riuscirci hanno usato nanoparticelle d’oro ricche di elettroni con funzione di catalizzatore. Le nuove scoperte sono state pubblicate sulla rivista Nature Communications.

“L’obiettivo è produrre idrocarburi complessi liquefatti utilizzando la CO2 e altre risorse sostenibili come la luce solare”, ha dichiarato Prashant Jain, professore di chimica e coautore dello studio. “I combustibili liquidi sono ideali perché sono facilmente trasportabili, più sicuri e più economici del gas comune. Essendo composti da molecole a catena lunga contengono più legami, vale a dire che racchiudono l’energia in modo più denso per questo motivo ne sono più ricchi”.

Nel laboratorio di Jain, Sungju Yu, ricercatore e primo autore dello studio, utilizza catalizzatori metallici per assorbire la luce verde e trasferire gli elettroni ed i protoni necessari per le reazioni chimiche tra CO2 e acqua, imitando il ruolo della clorofilla pigmentaria nella fotosintesi naturale.

La fotosintesi artificiale trasforma il biossido di carbonio in combustibili liquefacibili
Jain, a sinistra, e Yu a destra eseguono esperimenti di fotosintesi artificiale usando la luce verde. Credit: Fred Zwicky

“Le nanoparticelle d’oro funzionano particolarmente bene come catalizzatore”, ha dichiarato Jain, “perché le loro superfici interagiscono favorevolmente con le molecole di CO2, sono efficienti nell’assorbire la luce e non si rompono o si degradano come altri metalli che possono appannarsi facilmente. Esistono diversi modi in cui l’energia immagazzinata nei legami del combustibile idrocarburico viene liberata. Tuttavia, il metodo convenzionale più semplice di combustione finisce comunque per produrre più CO2, il che è controproducente per il concetto di raccolta e immagazzinamento dell’energia solare,” ha dichiarato Jain.

La fotosintesi artificiale trasforma il biossido di carbonio in combustibili liquefacibili
Il professore di chimica Prashant Jain, a sinistra, e il ricercatore post-dottorato Sungju Yu hanno sviluppato un processo di fotosintesi artificiale che converte l’eccesso di CO2 in preziosi combustibili, portando la tecnologia verde un passo avanti verso lo stoccaggio di energia solare su larga scala.

Gli idrocarburi creati con questo processo hanno anche altri utilizzi non convenzionali“, ha affermato. “Ad esempio, potrebbero essere usati per alimentare le celle a combustibile per produrre corrente elettrica; ci sono laboratori in tutto il mondo che cercano di capire come la conversione da idrocarburi a elettricità può essere condotta in modo efficiente“.

Per quanto entusiasmante possa essere la produzione di questo carburante, che si trasforma da CO2 a liquido per la tecnologia di energia verde, i ricercatori riconoscono che il processo di fotosintesi artificiale al momento non è ancora efficiente come nelle piante.

“Abbiamo bisogno di capire come sintonizzare il catalizzatore per aumentare l’efficienza delle reazioni chimiche”, ha amesso Jain. “Adesso bisogna iniziare un duro lavoro per determinare come procedere per migliorare il processo. Come ogni altra tecnologia energetica non convenzionale, bisognerà dare risposta alle molte domande sulla convenienza economica”.

Fonte: Nature Communications