Una serie di recenti ricerche incentrate sulla conversione della CO₂ hanno puntato i riflettori su un tipo di foglia artificiale progettata per produrre combustibile pulito attraverso processi fotochimici. Questa tecnologia si nutre della luce solare e di componenti organici che aprono uno scenario diverso per la trasformazione delle risorse e la produzione di input chimici. Il lavoro raccoglie i risultati ottenuti dopo anni di sperimentazione su dispositivi in grado di replicare i meccanismi naturali. La ricerca scientifica posiziona il combustibile pulito come vettore energetico con potenziali applicazioni in diversi settori, analizzandone al contempo le implicazioni per un’economia meno dipendente dal carbonio.
Come funziona il dispositivo solare che converte la CO₂ in combustibile pulito?
Il recente sviluppo di una foglia artificiale creata dall’Università di Cambridge riproduce il comportamento della fotosintesi e genera formiato, un tipo di combustibile pulito derivato dalla combinazione di anidride carbonica, luce e acqua.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Cell, dove viene descritto in dettaglio il suo funzionamento come sistema bioibrido costituito da semiconduttori organici ed enzimi provenienti da batteri. Queste strutture consentono al dispositivo di funzionare in modo autonomo e di mantenere prestazioni stabili senza additivi chimici di supporto.
Il team guidato dal professor Erwin Reisner ha perfezionato per oltre un decennio metodi di fotosintesi artificiale orientati alle fonti energetiche alternative. In questa versione, la stabilità operativa supera le 24 ore consecutive, un risultato ottenuto grazie all’incorporazione di un enzima ausiliario alloggiato in una matrice di titanio porosa.
Questa modifica tecnica evita il rapido degrado dei catalizzatori e facilita l’uso di semplici soluzioni di bicarbonato come mezzo di reazione.
I test di laboratorio dimostrano che gli elettroni vengono reindirizzati con elevata efficienza verso le reazioni che generano formiato. Il composto risultante è stato integrato in una reazione successiva per sintetizzare prodotti utilizzati dall’industria farmaceutica senza ulteriori residui.
Secondo lo studio, è la prima volta che i semiconduttori organici svolgono la funzione di cattura della luce in un sistema bioibrido di queste caratteristiche.
Applicazioni di questo combustibile pulito e suo potenziale industriale
La produzione di formiato offre un modello operativo diverso per la produzione di materie prime chimiche. Questo tipo di combustibile pulito può essere utilizzato come punto di partenza in catene di sintesi che richiedono una base energetica senza emissioni.
Inoltre, la selettività degli enzimi batterici impedisce l’insorgere di reazioni competitive che rendono difficile ottenere composti puri.
I ricercatori sottolineano che l’industria chimica concentra circa il 6% delle emissioni globali e dipende in larga misura da prodotti derivati dal petrolio.
In questo contesto, un sistema autonomo che converte la CO₂ in un combustibile utilizzabile può ridurre la pressione sulle risorse fossili e semplificare i processi che attualmente richiedono catalizzatori inorganici di breve durata o materiali con elementi tossici.
Tra le novità più importanti figura l’integrazione di semiconduttori organici come assorbitori di luce. Questa decisione tecnica consente di regolarne le proprietà e riduce l’uso di componenti che generano rifiuti complessi.
L’assenza di sottoprodotti facilita anche l’adattamento del dispositivo a future varianti in grado di produrre diversi composti chimici con lo stesso principio operativo.
Innovazioni tecniche per una conversione solare più efficiente
Un’altra linea di ricerca, diffusa dal MIT Technology Review, descrive in dettaglio un dispositivo solare in grado di trasformare l’anidride carbonica e l’acqua in idrocarburi come l’etilene e l’etano mediante strutture in rame sviluppate dal laboratorio di Peidong Yang, presso l’Università della California, Berkeley.
Queste formazioni, descritte come “fiori” metallici, agiscono come catalizzatori dove si accumulano elettroni che promuovono la conversione molecolare.
Il sistema utilizza nanofili di silicio per catturare la luce e funziona con glicerolo invece che con acqua, il che aumenta l’efficienza nell’uso degli elettroni e dà luogo a sottoprodotti come glicerato, lattato o acetato. Questi composti hanno applicazioni nei settori cosmetico e farmaceutico, aggiungendo così una dimensione industriale complementare.
Tuttavia, diversi specialisti avvertono che le prestazioni attuali non sono sufficienti per un’implementazione su larga scala. La durata dei catalizzatori e la stabilità del processo sono elementi che richiedono un’ottimizzazione prima di poter essere incorporati nelle infrastrutture produttive.
Come sarà il futuro della conversione dell’energia solare in combustibile pulito?
I team responsabili dello sviluppo di queste tecnologie sostengono che la cattura di CO₂ dall’aria o dalle centrali elettriche potrebbe consentire la generazione di combustibile pulito con un bilancio di carbonio neutro.
Ciò renderebbe la fotosintesi artificiale uno strumento utile per i processi industriali che richiedono input chimici senza ricorrere a materie prime fossili.
I ricercatori prevedono che, con tecniche di progettazione più precise e nuovi approcci per stabilizzare enzimi e semiconduttori organici, sarà possibile estendere la durata di vita di questi dispositivi. Propongono anche il loro adattamento per generare composti diversi a seconda delle esigenze settoriali, il che aprirebbe nuove opzioni per le raffinerie chimiche basate su risorse rinnovabili.
