Pellicole di sapone e luce solare per generare carburanti sostenibili
L’energia solare è probabilmente la più promettente fonte energetica alternativa ai dannosi combustibili fossili; tuttavia, le soluzioni per il suo stoccaggio sono al momento insufficienti. Il miglior modo per immagazzinarla è all’interno di combustibili solari. La fotosintesi artificiale, un’imitazione sintetica dei processi fotosintetici in atto nelle piante, può consentire la creazione di combustibili solari tramite l’impiego della luce del sole, dell’acqua e dell’anidride carbonica. Scienziati in tutto il mondo sono attualmente alla ricerca di nuovi materiali per realizzare questo processo in modo efficiente e su vasta scala. Nell’ambito del progetto SoFiA, finanziato dall’UE, i ricercatori hanno sviluppato un approccio innovativo avvalendosi di pellicole di sapone. Le bolle, appositamente concepite, vengono riempite di anidride carbonica e, quando esposte alla luce del sole, in virtù della propria progettazione creano combustibili solari e materie prime per l’industria chimica. Il progetto e il reattore sono stati ideati dal responsabile del progetto SoFiA, Indraneel Sen, fondatore dell’azienda Wasabi Innovations. Nel corso di 54 mesi sono state effettuate varie attività, quali la verifica dei concetti, l’istituzione delle basi scientifiche e la creazione di dimostratori ingegneristici e simulazioni di modellazione nel quadro di un intenso processo di apprendimento collaborativo che ha coinvolto nove organizzazioni partner. «Il progetto ha avuto un grande successo sia dal punto di vista scientifico che ingegneristico», afferma Leif Hammarström, docente presso il dipartimento di Chimica dell’Università di Uppsala in Svezia, nonché coordinatore del progetto SoFiA.
Imitare le strutture delle piante
Sia la fotosintesi nelle piante che le celle solari artificiali sono in grado di assorbire la luce del sole, che fornisce loro l’energia necessaria per separare gli elettroni (cariche positive) dalle «lacune» (cariche negative dovute agli elettroni mancanti). Nella fotosintesi gli elettroni vengono trasferiti da una molecola all’altra, dando luogo a uno stato di carica ad alta energia. Attraverso una catena di reazioni, l’energia degli elettroni viene utilizzata per creare composti ad alta intensità energetica a partire dall’anidride carbonica. Quando l’acqua si ossida in ossigeno, nuovi elettroni sono quindi immessi all’interno del sistema. «Nelle piante questo processo consente di ottenere composti come gli zuccheri, ma nella fotosintesi artificiale si punta a creare combustibili liquidi, come alcol o gas di sintesi per l’industria», spiega Hammarström. La sfida principale legata alla fotosintesi artificiale deriva dalla necessità di «ricombinazione» della carica dallo stato di carica ad alta energia, in analogia a quanto accade con il cortocircuito di una batteria. Nelle piante verdi, la membrana fotosintetica mantiene separati gli «elettroni» e le «lacune» per evitare che ciò si verifichi. «Secondo la nostra ipotesi, una pellicola di sapone avrebbe potuto funzionare in modo analogo», aggiunge Hammarström. In una coppia di bolle congiunte, di cui una contiene le molecole che producono il carburante e l’altra quelle che prendono nuovi elettroni dall’acqua, la pellicola tra di esse agisce come una membrana separatrice di gas, consentendo il passaggio di elettroni e protoni.
Progressi nella scienza fondamentale
Nel corso del progetto, il team ha sviluppato diverse soluzioni ingegneristiche al fine di studiare la struttura e la funzione fondamentale delle interfacce aria-acqua e delle pellicole di sapone. I ricercatori hanno inoltre dimostrato la presenza di file di coppie di bolle ben organizzate e auto-rigeneranti. «Siamo riusciti a dimostrare che è possibile creare e mantenere una pellicola di sapone asimmetrica per almeno 10 minuti, un tempo sufficiente a effettuare un viaggio di andata e ritorno nel nostro dispositivo», spiega Hammarström. «Per di più, abbiamo prodotto e testato un dispositivo piuttosto sofisticato in grado di generare un flusso continuo di bolle, che scorrono una accanto all’altra in file di coppie.» Sebbene il team non abbia dimostrato la completa fotosintesi artificiale nei dispositivi, l’analisi compiuta nell’ambito del progetto ha fornito agli scienziati un chiaro percorso da seguire per trasformarlo infine in una tecnologia praticabile. L’équipe è ora alla ricerca di finanziamenti per risolvere alcuni dei problemi fondamentali emersi nel corso di SoFiA.
Parole chiave
SoFiA, artificiale, fotosintesi, bolla, energia, solare, stoccare
