Le foglie artificiali imitano la fotosintesi, il processo per cui le piante utilizzano acqua e anidride carbonica dall'aria per produrre carboidrati utilizzando l'energia del sole. Ma anche foglie artificiali all'avanguardia, che promettono di ridurre l'anidride carbonica dall'atmosfera, funzionano solo in laboratorio perché utilizzano puri, anidride carbonica pressurizzata dai serbatoi.

Ma ora, i ricercatori dell'Università dell'Illinois a Chicago hanno proposto una soluzione progettuale che potrebbe portare le foglie artificiali fuori dal laboratorio e nell'ambiente. La loro foglia migliorata, che utilizzerebbe l'anidride carbonica, un potente gas serra, dall'aria, sarebbe almeno 10 volte più efficiente delle foglie naturali nel convertire l'anidride carbonica in combustibile. I loro risultati sono riportati nella rivista Chimica e ingegneria sostenibili ACS .

"Finora, tutti i progetti di foglie artificiali che sono stati testati in laboratorio utilizzano anidride carbonica proveniente da serbatoi pressurizzati. Per implementare con successo nel mondo reale, questi dispositivi devono essere in grado di prelevare anidride carbonica da fonti molto più diluite, come aria e fumi, che è il gas emesso dalle centrali elettriche a carbone, " disse Meenesh Singh, assistente professore di ingegneria chimica presso l'UIC College of Engineering e autore corrispondente sulla carta.

Sganciare l'apporto di anidride carbonica pressurizzata da queste foglie significa che devono avere un modo per raccogliere e concentrare l'anidride carbonica dall'aria per guidare le loro reazioni fotosintetiche artificiali.

Singh e il suo collega Aditya Prajapati, uno studente laureato nel suo laboratorio, ha proposto di risolvere questo problema incapsulando una tradizionale foglia artificiale all'interno di una capsula trasparente costituita da una membrana semipermeabile di resina ammoniacale quaternaria e riempita d'acqua. La membrana consente all'acqua dall'interno di evaporare all'esterno quando riscaldata dalla luce solare. Quando l'acqua passa attraverso la membrana, attira selettivamente anidride carbonica dall'aria. L'unità fotosintetica artificiale all'interno della capsula è costituita da un assorbitore di luce rivestito con catalizzatori che convertono l'anidride carbonica in monossido di carbonio, che può essere travasato e utilizzato come base per la creazione di vari combustibili sintetici. Viene prodotto anche ossigeno che può essere raccolto o rilasciato nell'ambiente circostante.

"Raccogliendo la tradizionale tecnologia delle foglie artificiali all'interno di questa membrana specializzata, l'intera unità è in grado di funzionare all'esterno, come una foglia naturale, " ha detto Singh.

Secondo i loro calcoli, 360 foglie, ciascuno lungo 1,7 metri e largo 0,2 metri, produrrebbe quasi mezza tonnellata di monossido di carbonio al giorno che potrebbe essere utilizzato come base per combustibili sintetici. Trecentosessanta di queste foglie artificiali che coprono un'area di 500 metri quadrati sarebbero in grado di ridurre i livelli di anidride carbonica del 10% nell'aria circostante entro 100 metri dalla matrice in un giorno.

"Il nostro design concettuale utilizza materiali e tecnologie facilmente disponibili, che se combinati possono produrre una foglia artificiale pronta per essere distribuita al di fuori del laboratorio dove può svolgere un ruolo significativo nella riduzione dei gas serra nell'atmosfera, " ha detto Singh.