Immagina di poter fare ciò che le piante verdi possono fare:la fotosintesi. Quindi potremmo soddisfare il nostro enorme fabbisogno energetico con idrogeno verde intenso e biodiesel climaticamente neutro. Gli scienziati hanno lavorato su questo per decenni. Il chimico Chengyu Liu riceverà il dottorato l'8 giugno per l'ennesimo passo che avvicina la fotosintesi artificiale. Si aspetta che diventi normale tra cinquant'anni.

In effetti, possiamo già ottenere la fotosintesi come fanno le piante verdi. L'energia solare converte CO₂ e acqua in ossigeno e composti chimici che possiamo usare come carburante. Idrogeno per esempio, ma anche composti di carbonio come quelli che si trovano nella benzina. Ma i costi sono superiori al valore del carburante che produce. Se ciò cambia e possiamo aumentare enormemente questa fotosintesi artificiale, tutti i nostri problemi energetici saranno risolti. Quindi CO₂ le emissioni derivanti dalla produzione di energia diventeranno negative.

Promettente, ma non ci siamo ancora

Anche se sembra promettente, non ci siamo ancora. Chengyu Liu, uno dei ricercatori dedicati che lavorano sulla fotosintesi artificiale:"Ora che questo argomento è un argomento così caldo in tutto il mondo, penso che la prima vera applicazione di questo sarà un dato di fatto entro vent'anni". Ma non è tutto, continua:"Dopo l'introduzione di una nuova tecnologia come questa, ci vogliono sempre decenni prima che diventi pratica comune. È stato lo stesso dopo l'invenzione della macchina a vapore nel diciannovesimo secolo. Sospetto che lo sarà altri trenta o cinquanta anni prima che venga utilizzato industrialmente su larga scala."

Vero idrogeno verde

Abbiamo già auto alimentate a idrogeno, con solo acqua come gas di scarico. Ma ci vuole molta energia per produrre quell'idrogeno. L'"idrogeno verde" che produciamo oggigiorno, significa solo che otteniamo l'energia per produrlo da un mulino a vento o da un pannello solare, e non da carbone, gas o petrolio. Con la fotosintesi, quell'energia arriva direttamente dal sole, senza che un pannello solare debba prima fornire energia.

Nessun albero finto, ma sono necessarie grandi superfici

Come sarebbe il nostro mondo quando la fotosintesi artificiale sarebbe lo standard? Avremmo alberi artificiali con foglie artificiali ovunque per soddisfare il nostro fabbisogno energetico? "In effetti hai bisogno di enormi superfici per catturare la luce, CO₂ gas e acqua (vapore). Questo può essere fatto, ad esempio, sotto forma di pannelli solari sui tetti. Oppure potremmo posizionare scatole di fotosintesi nel deserto, lavorando durante il giorno e raccogliendo vapore acqueo la sera. Ci devono essere modi molto più diversi per utilizzare questo tipo di configurazione. Una volta risolto con successo il problema del prezzo delle reazioni stesse, il passo successivo sarà l'ottimizzazione dei dispositivi per applicazioni su larga scala."

Liu lo prevede già totalmente:"Sarebbe fantastico se potessimo utilizzare l'acqua di mare, perché non è scarsa. Utilizzeremmo quindi un dispositivo che produce energia a costi molto bassi con luce solare gratuita, acqua di mare gratuita e CO₂ . L'energia fossile sarebbe troppo costosa in confronto."

Due componenti:scissione dell'acqua e CO₂ riduzione

La fotosintesi artificiale, come la variante naturale nelle piante verdi, è composta da due parti. Uno è l'acqua che si divide in idrogeno e ossigeno. L'altro è la riduzione dell'anidride carbonica in idrocarburi ricchi di energia. L'obiettivo è raggiungere queste due parti in un unico sistema che da un lato riduca la CO₂ contenuto dell'aria, e d'altra parte produce combustibili e ossigeno.

Il catalizzatore ideale:efficiente, economico e subito disponibile

Nel suo dottorato di ricerca ricerca, Liu si è concentrata sulla prima parte della scissione dell'acqua, che produce idrogeno e ossigeno. Un acceleratore di reazione o un catalizzatore può aiutare a rendere quella reazione più efficiente dal punto di vista energetico. Liu:"Tra le altre cose, ho sviluppato strategie per progettare catalizzatori più efficienti. Il catalizzatore ideale non è solo efficiente, ma anche economico e facilmente reperibile. Non dovrebbe essere un metallo raro, ad esempio, che devi procurarti da qualche parte con molti danni ambientali."

Uno dei momenti migliori

Trovare il catalizzatore ideale è una delle maggiori sfide nel campo della ricerca, afferma Liu. "Uno dei momenti migliori della mia ricerca è stato quando ho trovato una nuova strategia per progettare un catalizzatore per la produzione di idrogeno, proprio in un ambiente a pH neutro."

La ricerca di Liu ha fornito nuove regole di progettazione e idee su come ottenere una fotosintesi artificiale efficiente. "I risultati forniscono una comprensione fondamentale e una strategia pratica per trovare nuovi catalizzatori per l'ossidazione dell'acqua. Spero di continuare la mia ricerca. Alla fine, vorrei essere uno dei ricercatori che realizzano un sistema completo di fotosintesi artificiale."

Il promotore Bonnet vede Liu presente quando i ricercatori rendono realistico un sistema completo di fotosintesi artificiale. "La mia sensazione è che se le persone trovano un modo per realizzare un'efficiente fotosintesi artificiale un giorno, o un modo per creare una foglia artificiale, Chengyu potrebbe essere uno di loro. Ha la passione, la comprensione, l'eccellente attitudine scientifica e ha ricevuto ottima formazione". + Esplora ulteriormente

Aumentare l'efficienza nella fotosintesi artificiale