Un percorso subacqueo verso nuovi materiali fotonici
Nel contesto odierno in cui il mondo è alla ricerca di soluzioni per disintossicarsi dai combustibili fossili, permane un interrogativo di primaria importanza: come possiamo trasformare in modo efficiente le risorse rinnovabili in energia rinnovabile? Per trovare una risposta, gli scienziati del progetto BEEP, finanziato dall’UE, hanno concentrato la propria attenzione sul regno della natura. «Il nostro obiettivo era comprendere le modalità con cui gli organismi che utilizzano la luce come fonte energetica massimizzano la quantità di energia solare che assorbono, immagazzinano e convertono», spiega Silvia Vignolini, docente e fisica attiva presso l’Università di Cambridge. Acquisendo queste informazioni, il progetto, che ha ricevuto il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, sperava di aprire le porte allo sviluppo di nuovi materiali e tecnologie fotonici innovativi in grado di ottimizzare la raccolta e lo stoccaggio dell’energia solare.
Sorprendenti strategie per la raccolta della luce
Per approfondire l’argomento, il team del progetto, composto da nove ricercatori nella fase iniziale della propria carriera, ha iniziato ad analizzare esempi di animali che abitano il mondo marino. In particolare, BEEP ha analizzato diversi coralli, microalghe, alghe e lumache marine che si sono evoluti per massimizzare la loro fotosintesi in uno spazio limitato, evitando al contempo un’eccessiva esposizione alla luce solare. «Questi organismi hanno sviluppato sorprendenti strategie per raccogliere con efficacia la luce e proteggersi grazie alle loro strutture spaziali compatte e altamente pigmentate», spiega Vignolini. «Inoltre, si sono adattati a svolgere le proprie funzioni in una serie eterogenea di habitat e condizioni luminose.»
Un vantaggio colorato
Una di queste strategie è il colore strutturale. «La vita marina è popolata da un’enorme diversità di organismi caratterizzati da un’incredibile gamma di colori, i più brillanti dei quali derivano spesso dal modo in cui la luce interagisce con materiali nanostrutturati ordinati», aggiunge Vignolini. I ricercatori del progetto BEEP hanno dimostrato che questi colori non sono solo belli esteticamente, ma svolgono anche un importante ruolo dal punto di vista biologico. Ad esempio, nell’alga rossa nota come muschio irlandese, il colore strutturale dell’organismo funge da meccanismo fotoprotettivo. «Abbiamo dimostrato che il colore blu iridescente presente sulle punte delle sue fronde è in grado di attenuare la luce più energetica», osserva Vignolini. «Al tempo stesso, l’organismo favorisce la raccolta della luce verde e rossa attraverso le sue antenne esterne, che sono dotate di un meccanismo fotoprotettivo dipendente dall’intensità.» Il progetto ha inoltre studiato le proprietà fotoniche e strutturali di altre specie di alghe, realizzando un lavoro che ha consentito la caratterizzazione di sorprendenti strutture cellulari mai descritte in precedenza.
Dagli indizi di ricerca a materiali e sistemi biomimetici più performanti
Il progetto ha già tradotto alcune delle sue ricerche in soluzioni pratiche: ad esempio, i ricercatori hanno sviluppato biofilm batterici iridescenti e li hanno convertiti in pigmenti fotonici per applicazioni relative allo sviluppo di materiali, un risultato promettente che potrebbe consentire di realizzare alternative sostenibili alle vernici convenzionali e ai coloranti tossici utilizzati al giorno d’oggi. Tuttavia, questa è solo la punta dell’iceberg: «Sono certa che la nostra ricerca aprirà la strada a materiali e sistemi biomimetici più performanti, tra cui biofotoreattori per la produzione sostenibile di biomassa ed energia», conclude Vignolini.
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