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Una “foglia artificiale” per trasformare acqua e CO2 in combustibile

Una "foglia artificiale" sviluppata dai ricercatori finanziati dall'UE per produrre carburante da luce solare, anidride carbonica e acqua, potrebbe far fronte all'impennata delle richieste energetiche globali, all'impatto crescente dei cambiamenti climatici e alla diminuzione dell'offerta di combustibili fossili.

Il cambiamento climatico è una realtà sotto gli occhi di tutti e sviluppare energia pulita e rinnovabile è imperativo se vogliamo salvare noi stessi e il pianeta da un futuro che molti prefigurano “apocalittico”. Fare a meno dei combustibili fossili è quindi essenziale.

L’uso di energia rinnovabile come la luce solare è tra le possibili risposte, e le moderne celle solari sono piuttosto efficienti nel convertire la luce in elettricità. Archiviarla batterie e trasportarla sulle reti è però più difficile, ed è possibile che si verifichino delle perdite. Per questa ragione molte industrie si affidano ancora ai combustibili chimici per produrre calore ed energia tramite la combustione.

Un progetto finanziato dall’Unione Europea per 7,98 milioni di euro e a cui partecipa anche l’Italia chiamato A-LEAF sta lavorando su un sistema che usi direttamente la luce solare per trasformare il biossido di carbonio (CO2) in preziosi combustibili chimici usando un processo pulito, rapido ed economico.

I ricercatori stanno sviluppando un dispositivo che replica il processo naturale della fotosintesi delle piante per immagazzinare energia. La foglia artificiale risultante raccoglierà l’energia solare per trasformare l’acqua e la CO2 in ossigeno e sostanze chimiche preziose.

“Entro la fine del progetto, non c’è dubbio che avremo un prototipo in grado di trasformare l’acqua e la CO2 in un prodotto prezioso – speriamo un combustibile – esclusivamente usando luce solare”, ha affermato il coordinatore del progetto José Ramón Galán-Mascarós dell’Institute of Chemical Research of Catalonia (ICIQ) in Spagna. “La vera sfida è che stiamo usando solamente materiali ampiamente disponibili e processi accettati dall’industria”.

La foglia artificiale sarà costruita con celle solari economiche in grado di trasformare la luce solare in elettricità; un catalizzatore di metallo o di ossido di metallo – sotto forma di cristalli o nanoparticelle – per accelerare la rottura di acqua e CO2; e superfici all’avanguardia per separare efficacemente gas, liquidi e combustibili prodotti. Per raggiungere l’obiettivo del progetto, il consorzio ha riunito ricercatori di ingegneria, chimica dei materiali, chimica computazionale e fisica delle superfici.

Inizialmente A-LEAF si è concentrata su studi in scala atomica per capire come ottimizzare le reazioni chimiche sulla superficie della foglia artificiale. Ad esempio, è noto che alcuni potenziali catalizzatori sono instabili o possono degradarsi rapidamente nei liquidi. Quindi, il team ha stabilito come si comportano queste superfici in scala atomica usando una tecnica nota come spettroscopia fotoelettronica che misura l’energia emessa dagli elettroni.

Questa ricerca ha confermato l’eccellente stabilità superficiale delle superfici di ossido di ferro sott’acqua. Il team che sviluppa il progetto ha anche identificato la necessità di uno strato tampone tra la superficie che assorbe la luce e il catalizzatore, per evitare perdite di energia. Nel corso dei prossimi due anni, A-LEAF lavorerà su quanto appreso per creare e testare la foglia artificiale in condizioni di funzionamento reale.

Mantenere i costi sotto controllo è un aspetto altrettanto importante. Esistono altri sistemi di fotosintesi artificiale efficienti ma, ad oggi, nessuno si è dimostrato veramente fattibile da una prospettiva industriale. “L’età della pietra non è finita perché i governi hanno imposto tasse sulle pietre”, ha affermato Galán-Mascarós. “La nostra ambizione è dimostrare che questi schemi rinnovabili possono realmente competere sul mercato con i combustibili fossili”.