Fotosintesi artificiale per combustibili solari
L’energia solare è disponibile ovunque e spesso in abbondanza, anche nelle zone densamente popolate e nel Nord Europa. È disponibile una sufficiente energia solare da consentire l’abbandono dei combustibili fossili, nonostante le attuali modeste efficienze di conversione dell’energia solare in elettricità o combustibili solari. Per un’adozione diffusa dell’energia solare, è fondamentale che si sviluppino dei processi efficienti. Il progetto ARTIPHYCTION (Fully artificial photo-electrochemical device for low temperature hydrogen production) ha preso ispirazione dal processo naturale di fotosintesi delle piante, al fine di convertire l’energia solare in idrogeno. Nella fotosintesi, l’enzima Fotosistema II (PSII) consente alle foglie delle piante e alle alghe di dissociare l’acqua in elettroni e ioni di ossigeno e idrogeno a temperatura ambiente, combinabili in un secondo momento in notevoli quantità di idrogeno, grazie a un enzima specifico denominato idrogenasi. Lo sfruttamento con questo mezzo dell’energia del sole rappresenta uno dei processi più promettenti per la conversione della sua energia in idrogeno. I partner ARTIPHYCTION hanno sviluppato il lavoro pionieristico svolto nel precedente progetto SOLHYDROMICS, finanziato dall’UE, dove è stato sviluppato un dispositivo che converte energia solare in idrogeno con un rendimento complessivo dell’1 %. I partner del progetto hanno superato le limitazioni del dispositivo SOLHYDROMICS e raggiunto un’efficienza di oltre il 10 % per la generazione di idrogeno mediante un nuovo dispositivo di fotosintesi artificiale. Ciò comprende catalizzatori progettati su misura per l’anodo, dove l’acqua viene scomposta. Gli elettroni generati vengono convogliati attraverso uno strato poroso di vetro in grado di condurre elettroni a una connessione esterna via cavo, e l’ossigeno viene rimosso tramite pori idrofobi relativi agli strati dell’anodo. Le onde generate dalle fluttuazioni di pressione, applicate su una pellicola di acqua che separa i due elettrodi, facilitano la rimozione dell’ossigeno. L’acqua presente tra gli elettrodi serve anche come percorso per i protoni, i quali vengono trasferiti all’elettrodo del catodo, con una resistenza minima. Un catalizzatore sintetico che imita le idrogenasi, posto sul catodo poroso, assicura la riduzione finale dei protoni. Il dispositivo creato dal progetto ARTIPHYCTION si basa su elettrocatalizzatori efficienti e stabili, anziché sull’idrogenasi di enzimi naturali. Per migliorare la scomposizione foto-elettrochimica dell’acqua, è stato connesso a entrambi gli elettrodi un sistema tandem di fotosensibilizzanti in grado di catturare determinate lunghezze d’onda della luce. Combinando il rigore scientifico delle università e dei centri di ricerca con la conoscenza della parte commerciale di piccole e medie imprese e grandi aziende, il progetto ARTIPHYCTION è riuscito a risolvere molti problemi tecnici. Il nuovo dispositivo di fotosintesi sintetica dovrebbe essere commercializzato nei prossimi dieci anni.
Parole chiave
Fotosintesi, combustibile solare, energia solare, idrogeno, ARTIPHYCTION, elettrocatalizzatori
