La natura ha perfezionato in milioni di anni il più efficiente sistema di conversione energetica: la fotosintesi clorofilliana. Le piante trasformano quotidianamente la luce solare in zuccheri ad alta energia grazie a un meccanismo complesso di cattura e immagazzinamento delle cariche elettriche. Oggi gli scienziati cercano di replicare questo processo per creare combustibili sostenibili, e un team dell’Università di Basilea ha compiuto un passo importante sviluppando una molecola artificiale capace di imitare il comportamento delle foglie verdi.
Il segreto delle quattro cariche elettriche
Il gruppo guidato dal professor Oliver Wenger e dal dottorando Mathis Brandlin ha ideato una molecola sintetica che, esposta alla luce, può accumulare quattro cariche elettriche: due positive e due negative. È lo stesso meccanismo fondamentale che permette alle piante di convertire CO2 ed energia solare in composti chimici utili.
La molecola è composta da cinque unità collegate come vagoni di un treno. Agli estremi ci sono quattro componenti incaricati di gestire il trasferimento elettronico: due cedono elettroni diventando positivi, le altre due li catturano caricandosi negativamente.
Due lampi di luce per attivare il meccanismo
Il cuore del sistema è l’elemento centrale, progettato per assorbire la radiazione solare e avviare il processo. A differenza dei tentativi passati che richiedevano laser molto potenti, questa molecola funziona con due impulsi luminosi consecutivi.
Il primo lampo genera una coppia di cariche che si separano e si spostano verso gli estremi della molecola. Il secondo lampo ripete l’operazione, raddoppiando il numero di cariche accumulate. «Questo approccio graduale ci permette di usare luce molto più tenue, vicina a quella naturale del sole», spiega Brandlin.
Verso i carburanti carbon-neutral
La possibilità di accumulare più cariche elettriche è essenziale per trasformare la luce in energia chimica. Queste cariche possono alimentare reazioni come la scissione dell’acqua in idrogeno e ossigeno, aprendo la strada a combustibili sintetici sostenibili.
Idrogeno, metanolo e benzina sintetica prodotta con questo sistema rilascerebbero, durante la combustione, la stessa quantità di CO2 utilizzata per crearli, garantendo un ciclo neutro di emissioni.
Wenger sottolinea che la molecola non è ancora un sistema di fotosintesi artificiale completo, ma rappresenta «un importante pezzo del puzzle». Lo studio contribuisce a chiarire i processi di trasferimento elettronico che stanno alla base della fotosintesi artificiale e apre nuove prospettive per sviluppare carburanti puliti e ridurre la dipendenza dalle fonti fossili.