Un nuovo sistema di fotosintesi artificiale può trasformare CO2 in carburante

Traduzione a cura di Denis Gobbi

Ricercatori di un laboratorio di Berkeley hanno realizzato un sistema che tramite reazioni chimiche verdi alimentate a luce solare sequestrano CO2 dall’ambiente

Un nuovo sistema che utilizza luce solare per convertire diossido di carbonio in prodotti chimici utili a fabbricare plastiche biodegradabili, prodotti farmaceutici e combustibili liquidi. Il tutto è stato dimostrato da alcuni scienziati statunitensi.

Nel loro sistema ibrido, nanofili metallici e batteri lavorano insieme per mimare la fotosintesi – il processo utilizzato dagli organismi viventi per catturare energia dal sole e utilizzarla per produrre nutrienti a partire da diossido di carbonio e acqua.

Ma piuttosto che produrre nutrienti, questo sistema è stato progettato per utilizzare la luce del sole al fine di convertire le emissioni di diossido di carbonio e l’acqua in acetato – un mattone chimico da costruzione molto versatile che può venire utilizzato per sintetizzare molecole più complesse.

Anche se questa tecnologia è ancora piuttosto lontana dal poter essere commercializzata in modo redditizio, una sua versione futura potrebbe fornire una valida alternativa alla cattura e all’immagazzinamento della CO2, offrendo un’opzione pulita per impedire al diossido di carbonio di entrare nell’atmosfera.

Crediamo che il nostro sistema rappresenti un rivoluzionario salto in avanti nel campo della fotosintesi artificiale.

Il nostro sistema ha il potenziale per poter cambiare profondamente l’industria chimica e petrolifera in quanto potremmo produrre prodotti chimici e combustibili in modo totalmente nuovo e rinnovabile, piuttosto che estraendoli dalle profondità nel sottosuolo.

– Peidong Yang, chimico e capo ricercatore all’Università Californiana di Berkeley

Il sistema è composto da nanofili di silicio e titanio disposti verticalmente. Questi fili assorbono la luce del sole, la quale avvia il sequestro del diossido di carbonio. Questa struttura viene infatti popolata da batteri capaci di produrre enzimi conosciuti per la loro abilità nel catalizzare selettivamente la riduzione del diossido di carbonio.

Immagine SEM a sezione trasversale della struttura verticale di nanofili e batteri utilizzati in questo rivoluzionario sistema di fotosintesi artificiale

Per questo studio, la squadra ha utilizzato gli Sporomusa ovata, un batterio anaerobico che prende gli elettroni direttamente dall’ambiente circostante  e li usa per ridurre il diossido di carbonio.

Lo S. ovata rappresenta un fantastico catalizzatore per il diossido di carbonio in quanto produce acetato, un composto chimico intermedio molto versatile che può essere utilizzato per la produzione di una variegata gamma di composti chimici utili.

Siamo stati in grado di popolare uniformemente l’ambiente di nanofili con i batteri utilizzando semplicemente acqua con tracce di vitamine come unico componente organico.

– Michelle Chang, co-autrice dello studio di UC Berkeley

Una volta che il diossido di carbonio è stato ridotto dai batteri in acetato, E.coli geneticamente modificati vengono utilizzati per sintetizzare i prodotti chimici di riferimento.

La squadra ha raggiunto un’efficienza di conversione dell’energia solare dello 0,38 % in circa 200 ore sotto luce solare artificiale, un’efficienza paragonabile a quella di una foglia. Ma serve ancora ulteriore ricerca prima che il loro sistema possa risolvere il problema mondiale legato alle emissioni di diossido di carbonio.

Come molti ormai sanno, più diossido di carbonio immettiamo nell’atmosfera più la sua temperatura sale di conseguenza. I livelli atmosferici di diossido di carbonio sono ormai ai massimi livelli per quanto riguarda gli ultimi tre milioni di anni, risultato dovuto principalmente alla combustione di risorse fossili. Nonostante tutto, però, i combustibili fossili rimangono una risorse energetica significativa per il nostro prossimo futuro. Tecnologie in grado di sequestrare la CO2 prima che si diffonda nell’atmosfera vengono attualmente utilizzate ma richiedono che essa venga poi immagazzinata, una caratteristica che pone una sfida ambientale significativa.

La squadra afferma di star lavorando adesso ad un sistema analogo di seconda generazione, avente un’efficienza di conversione da energia solare a composto chimico del 3 %. Continuano affermando che se riusciranno a raggiungere un’efficienza del 10% in una maniera costo-effettiva, la tecnologia potrebbe venire commercializzata con successo.

I ricercatori hanno descritto il loro sistema nel giornale Nano Letters, pubblicato dalla American Chemical Society.

Fonti: sciencealert.com eurekalert.com pubs.acs.org

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