Fotosintesi artificiale per ripulire l’aria e produrre energia rinnovabile

Come spesso accade, la natura è fonte di ispirazione e imitarne i meccanismi può essere la chiave di volta per la risoluzione di molte problematiche, come ad esempio quella dell’inquinamento. È guardando al processo naturale della fotosintesi clorofilliana che un team della University of Central Florida (UCF) è riuscito a riprodurlo a partire da un materiale sintetico. Attraverso questo processo di fotosintesi artificiale i ricercatori hanno ottenuto un duplice risultato, quello di trasformare i gas serra in aria pulita e di produrre energia rinnovabile.

Una scoperta importante per la lotta ai cambiamenti climatici

Lo studio “Systematic Variation of the Optical Bandgap in Titanium Based Isoreticular Metal-Organic Frameworks for Photocatalytic Reduction of CO2 under Blue Light“, pubblicato sul Journal of Materials Chemistry A, è un importante passo in avanti per la ricerca scientifica in questo campo.

E secondo il professore Fernando Uribe-Romo, a capo del progetto, ‘il processo ha un grande potenziale per la creazione di una tecnologia che potrebbe contribuire alla lotta contro i cambiamenti climatici’.

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Fotosintesi artificiale, serviva il materiale giusto

Il mondo scientifico e accademico è impegnato da anni nello studio di meccanismi di fotosintesi artificiale ma finora si è scontrato con la difficoltà di trovare i giusti materiali sintetici che consentissero di attivare il processo. Per innescare la reazione chimica servono materiali in grado di assorbire l’intero spettro visibile luminoso, e non soltanto i raggi ultravioletti che hanno energia sufficiente per provocare il meccanismo di trasformazione della Co2 ma costituiscono soltanto uno scarso 4% della luce che la terra riceve dal sole. Gli unici materiali che finora si erano rivelati efficienti, come platino, renio e iridio, non potevano rappresentare un punto di svolta, essendo rari e costosi.

Titanio e molecole organiche, il giusto mix

L’intuizione del professor Uribe-Romo è stata quella di creare delle particolari strutture metallo-organiche (metal-organic framework – MOF) unendo il titanio, un comune metallo a-tossico, a delle molecole organiche, chiamate N-alchil-2-aminotereftalati, che fungono da antenne per la raccolta della luce. La particolarità di queste molecole è che possono essere progettate per assorbire dei colori specifici dello spettro luminoso quando sono incorporate nel MOF. In questo caso specifico, il team ha scelto di sincronizzare la struttura per catturare il colore blu.

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Un fotoreattore a led per innescare la reazione chimica

Per testare il processo di fotosintesi artificiale è stato assemblato un blue LED photoreactor, ovvero un fotoreattore a led dalla forma cilindrica e molto simile a un lettino abbronzante, all’interno del quale è stata immessa gradualmente dell’anidride carbonica. La reazione che si è innescata ha previsto il lento distacco della luce blu all’interno della camera cilindrica, imitando la lunghezza d’onda blu solare. Il risultato è simile a quello della fotosintesi clorofilliana. Ma se nel processo naturale l’anidride carbonica e i raggi solari vengono trasformati in sostanze nutrienti, in questo caso è stato prodotto del combustibile solare (formiato e formammidi). E in più, si è attivato un processo di purificazione dell’aria.

Stazioni cattura Co2 per le centrali elettriche

Il metodo sviluppato è ancora in fase di test e i ricercatori sono impegnati nell’ottimizzazione del processo, al fine di impiegare quantitativi sempre maggiori di Co2 e soprattutto di riuscire a sfruttare l’intero spettro solare. Ma quali prospettive si aprono con l’applicazione di questa tecnologia? L’idea alla base del progetto è quella di riuscire a realizzare delle stazioni cattura Co2 da posizionare nelle vicinanze di centrali elettriche e che assolvano al duplice obiettivo di ripulire l’aria inquinata e di produrre energia pulita utile alla centrale stessa.

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Tegole per il rivestimento degli edifici

Se la tecnologia funzionasse, i ricercatori hanno già in mente delle applicazioni ad uso domestico. Il materiale potrebbe essere utilizzato per produrre delle tegole con cui rivestire i tetti degli edifici, che contribuirebbero sia alla riduzione dell’inquinamento sia all’auto produzione di energia pulita in un’ottica condominiale o autonoma.
Ecco il video che spiega il funzionamento del processo di fotosintesi artificiale e i risultati raggiunti.