Decarbonizzare l'economia e realizzare la transizione dai combustibili fossili alle energie rinnovabili è una delle sfide globali più urgenti del 21° secolo. L'idrogeno può svolgere un ruolo chiave in questo processo come promettente veicolo energetico a impatto climatico zero. Ancora, la cosiddetta economia verde dell'idrogeno richiede che la produzione di idrogeno sia basata esclusivamente su energia rinnovabile. Inoltre, idealmente non dovrebbe usare catalizzatori metallici costosi e rari, la cui produzione ha gravi conseguenze ambientali. Per affrontare questa sfida, I ricercatori di ITQB NOVA Inês Cardoso Pereira e Mónica Martins stanno lavorando a una tecnologia innovativa per produrre idrogeno dalla luce utilizzando microrganismi non fotosintetici.

L'idrogeno offre nuove entusiasmanti possibilità come veicolo energetico, ma la produzione di idrogeno di oggi è ancora in gran parte effettuata da combustibili fossili. D'altra parte, l'energia solare è la fonte ideale più abbondante e definitiva, tra le varie opzioni rinnovabili. Così, sono urgentemente necessarie strategie sostenibili che utilizzino la conversione diretta dell'energia solare in combustibili preziosi come l'idrogeno.

In uno studio ora pubblicato su Angewandte Chemie Edizione Internazionale , gli scienziati descrivono un nuovo approccio basato su sistemi bioibridi. Questi combinano batteri non fotosintetici ad alta produzione di idrogeno con nanoparticelle semiconduttrici di solfuro di cadmio (CdS) autoprodotte che sono molto efficienti nel catturare la luce. "Lo sviluppo dei bioibridi è una nuova area di ricerca molto eccitante, dove possiamo combinare l'elevata efficienza catalitica e la specificità dei sistemi biologici con materiali sintetici che hanno prestazioni eccezionali nella cattura dell'energia solare o elettrica" ​​evidenzia Inês Cardoso Pereira, capo del Laboratorio di Metabolismo dell'Energia Batterica. "Questo campo sta crescendo rapidamente e l'approccio più promettente è combinare microrganismi intatti con nanoparticelle prodotte sulla loro superficie, che consente il trasferimento diretto di energia tra di loro".

I ricercatori hanno studiato la produzione di idrogeno guidata dalla luce da parte di bioibridi basati su diversi batteri. Tutti i bioibridi generati hanno prodotto H ₂ dalla luce, ma quello che usa Desulfovibrio desulfuricans, un batterio che si trova nel suolo, presentato un'attività eccezionale. Questo batterio contiene alti livelli di idrogenasi, gli enzimi coinvolti nella produzione di idrogeno, e sono efficienti nella produzione di nanoparticelle di solfuro extracellulare. Queste nanoparticelle autoprodotte catturano la luce, che il batterio può quindi utilizzare per produrre H ₂ . I risultati rivelano che gli ibridi D. desulfuricans-CdS mostrano un elevato H ₂ attività di produzione, elevata stabilità e notevole efficienza nell'utilizzo diretto dell'energia solare, anche in assenza di mediatori costosi e tossici.

L'uso di microrganismi e materiali di raccolta della luce autoprodotti è un approccio a basso costo e sostenibile per generare combustibili. "Questo nuovo sistema bioibrido è un forte candidato per lo sviluppo di un prototipo di bioreattore per H . più verde ₂ produzione" spiega Mónica Martins.