Nuovi pannelli fotosintetici per imitare le piante
(Rinnovabili.it) – La fotosintesi artificiale continua ad essere ambìto settore di ricerca. E non tanto per una questione di efficienza del processo naturale (peraltro piuttosto bassa), che la scienza sta tentando di replicare. La vera questione è riuscire a trasformare l’energia solare in energia chimica; e, al pari di quello che fanno le piante, usare la CO2 materiale base per la produzione di nuove sostanze organiche.
Diversi laboratori a livello mondiale hanno replicato il processo vegetale con buoni risultati. C’è chi ha prodotto idrogeno, chi con l’aiuto di particolari batteri ha sfornato polimeri biodegradabili e chi si è concentrato su elementi precursori di carburanti e farmaci. E poi c’è chi come Kazunari Domen e i suoi colleghi dell’Università di Tokyo, ha realizzato innovativi pannelli fotosintetici che producono direttamente metano. La ricerca è stata pubblicata in questi giorni su ACS Engineering Au (testo in inglese) e spiega come produrre il CH4 combinando assieme la scissione delle molecole d’acqua e la metanazione dell’anidride carbonica.
Un processo capace di autoalimentarsi
In passato il gruppo aveva già sviluppato un dispositivo fotocatalitico capace di “spezzare” l’acqua in idrogeno e ossigeno solo con l’energia del sole. Ora, gli scienziati hanno voluto spingersi oltre creando un processo fotosintetico completo in grado di assorbire anche la CO2 e convertirla in metano all’interno dello stesso sistema.
Nel dettaglio il team ha creato dei pannelli fotosintetici, ossia una serie di celle di reazione ciascuna rivestita con un fotocatalizzatore di titanato di stronzio drogato con alluminio (SrTiO3). Queste celle, se riempite d’acqua e poste al sole, liberano idrogeno e ossigeno. I due gas vengono prima separati, quindi l’idrogeno entra in una seconda camera di reazione per reagire con l’anidride carbonica formando metano e acqua. Quest’ultima viene successivamente riciclata nel primo passaggio.
Per mettere alla prova la propria invenzione, Domen e colleghi hanno creato 1600 celle testandole ininterrottamente per tre giorni in una varietà di condizioni meteorologiche. L’impianto ha accumulato metano fotosintetico per tutto il tempo. Ma come sottolineano gli stessi ricercatori, l’efficienza deve migliorare radicalmente prima che questi dispositivi possano diventare opzioni praticabili per la produzione di energia su larga scala.
Il titanato di Sr ovvero SrTiO3 fa parte di quei composti che stanno avendo un enorme successo nella chimica/fisica dello stato solido. Soprattutto nello studio della interazione tra LUCE e MATERIA. Si tratta di strutture cubiche a corpo centrato note come Perowiskiti. Sono usate infatti in sistemi fotovoltaici perché consentono la scissione fotocatalitica dei fotoni in e- (elettrone) ed h+ (lacuna) secondo la scrittura:
hn = e- + h+
EQUAZIONE F. DELLA FOTOCHIMICA
dove n rappresenta la frequenza
della luce in studio ed h la costante di Plank
Deve essere chiaro fin da adesso che le Perowiskiti prenderanno il posto del silicio nella tecnologia solare anche perché non necessitano di drogaggio spinto come il Silicio. Questo articolo indica la possibilità di usare tali sostanze solide come produttrici elettrochimiche mediante scissione fotovoltaica dell’ acqua ,ovvero semplificando:
LUCE SOLARE/SrTiO3/ H2O = H2 + 1/2O2
ed ancora:
LUCE SOLARE /SrTiO3/CO2 +4H2= CH4+2H2O
Si osservi come la seconda reazione ovvero formazione del metano implichi ben 4 molecole di idrogeno. Il tutto sulla carta sembra assai semplice tuttavia bisogna ancora aspettare tutta la sperimentazione della scienza e la convenienza economica a seguire tale strada.