Energia Solare Disponibile Grazie alla Fotosintesi Artificiale. Un’Interessante Ricerca che Punta ad Utilizzare Proteine Estratte dalle Piante e Deposte su Foglie d’Oro per Produrre Energia Elettrica

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Le foglie d’oro purtroppo non crescono sugli alberi, ma possono artificialmente raccogliere l’energia solare. Così un team di ingegneri chimici degli USA hanno estratto delle molecole fotosintetiche  dalle piante e “allegate” ai sottili fogli d’oro, producendo una fotosintesi artificiale. Invece di reinventare il processo come avviene in diverse ricerche di cui abbiamo già tratto (in articoli come: “La Fotosintesi Artificiale grazie ai Nanotubi di Carbonio sarà presto realtà”), il team di Kane Jennings e Peter Ciesielski della Vanderbilt University di Nashville, Tennessee, ha deciso di utilizzare alcune proteine estratte direttamente dalle piante per realizzare il proprio dispositivo fotosintetico.

• Dalla Biomimesi alla Robotica

“Le piante e alcuni tipi di batteri dimostrano un elegante strumento per immagazzinare la sovrabbondanza di energia solare che raggiunge il nostro pianeta, grazie ad un processo di conversione chiamato fotosintesi. Cercando di sfruttare l’ottimizzazione della natura di questo processo, abbiamo elaborato un sistema di conversione dell’energia solare che si avvale del complesso proteico fotoattivo Photosystem I, immobilizzato sulla superficie di una foglia d’oro spalmata di elettrodi (NPGL).

Il sistema riesce a produrre una corrente elettrica fotoindotta attraverso una cella elettrochimica. L’intento di questo studio è quello di accrescere la comprensione di come l’utile funzionalità di alcuni elementi naturali possano essere prodotti in serie, realizzando un dispositivo con materiali non biologici.”

• Verso la Foglia Artificiale

Gli organismi che utilizzano la fotosintesi per almeno 3,5 miliardi di anni e oltre hanno sviluppato eleganti combinazioni di proteine e di modelli di assorbimento della luce grazie a speciali “tinture” proteiche che aiutano a convertire la luce solare in energia chimica. L’idea è partita dal lavoro di Elias Greenbaum a Oak Ridge National Laboratory, che alla fine degli anni ’90 ha dimostrato che un complesso proteico, noto come PS1, estratto dalle foglie di spinaci e immobilizzato su una superficie d’oro, è rimasto attivo. “Da allora il processo per l’estrazione dalle piante di proteine PS1 è stato perfezionato”, spiega Jennings, preparando il terreno per il suo gruppo per utilizzare tali proteine creando una foglia artificiale adatta ad assorbire energia solare.

Jennings e Ciesielski hanno presentato il loro dispositivo utilizzando materiali facilmente disponibili in commercio come le foglie in lega d’oro-argento. Acido nitrico concentrato è stato utilizzato per sciogliere via l’argento lasciando la foglia d’oro con microscopici pori. Questo ha facilita il fatto di ottenere una superficie che permette ad una grande quantità di proteine PS1 di essere “allegate”. E soprattutto deve permettere alla foglia di essere abbastanza sottile per farsi penetrare dalla luce.

Quando lo strato proteico è stato disposto completamente sulla foglia e posto sotto la luce, le i complessi proteici PS1 generano flussi di elettroni che dall’oro possono essere raccolti come corrente elettrica. In natura questi elettroni verrebbero utilizzati per ridurre i composti chimici come parte di una più grande catena chimica che produce nuova energia sotto forma di carboidrati.

• Per ora Bassa Potenza, ma …

Dai test per ora eseguiti con la foglia artificiale si produce una corrente elettrica di circa 800 nanoamps per centimetro quadrato. Che è ben lungi dall’essere sufficientemente efficace per poter essere economica, ma i ricercatori stanno già sperimentando un nuovo modello. “Stiamo attualmente studiando il complesso proteico PS1 al fine di realizzare un film da un micrometro di spessore”, spiega Jennings. “Questo film sarebbe in grado di generare fino a 2 microamps per centimetro quadrato, e potrebbe già alimentare uno calcolatrice poco costosa”.

Anche se le foglie artificiali sono ancora meno efficienti delle celle solari al silicio o delle celle solari organiche, il nuovo approccio può diventare più competitivo in futuro, aprendo comunque interessanti scenari. La nuova progettazione infatti è relativamente semplice e a basso costo. Il sistema è ancora troppo delicato per essere esposto alla luce diretta del sole, che tende ad ossidare le proteine PS1. Ora la ricerca si sta spingendo anche a trovare un modo per proteggere questo film sottile. Greenbaum ora è davvero impressionato da cosa è nato grazie alla sua originale scoperta e  collaborando con il team spiega che: “I risultati rappresentano un importante passo avanti nella ricerca della conversione dell’energia solare grazie a sistemi bio-ispirati”.

[ Links utili e approfondimenti ]

• New Scientist
  

• PUBS – Astratto della Ricerca

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