Energia verde? Impariamo dalle piante!
Dalla fotosintesi artificiale una soluzione per il riscaldamento globale
Dalla fotosintesi delle piante la potrebbe arrivare la soluzione per la produzione di combustibile totalmente zero emission.
In uno studio appena pubblicato sulla prestigiosa rivista Angewandte Chemie, Leonardo Guidoni, responsabile scientifico del progetto europeo (ERC) MultiscaleChemBio coordinato dalla Sapienza, insieme agli assegnisti di ricerca Daniele Bovi e Daniele Narzi, hanno rivelato, attraverso simulazioni effettuate su supercalcolatori, alcuni dettagli molecolari alla base del meccanismo della fotosintesi clorofilliana che potrebbero rivelarsi utili alla produzione di energia verde.
Lo studio, che ha connotazioni prettamente multidisciplinari tra Chimica, Fisica e Biologia, ha consentito,
infatti, di individuare il possibile canale attraverso cui l’acqua giunge al centro di reazione.
Una delle possibili chiavi per la soluzione al problema del riscaldamento globale è rappresentata dalla possibilità di ricavare combustibile a zero emissioni di CO2, come ad esempio l’idrogeno, direttamente dall’energia solare e dall’acqua. In quest’ambito riveste particolare importanza la cosiddetta Fotosintesi Artificiale, ossia il tentativo di riprodurre i processi di conversione energetica che avvengono nelle piante utilizzando materiali sintetici per la produzione di energia pulita su larga scala. L’idrogeno prodotto, attraverso l’utilizzo di vere e proprie foglie artificiali, può essere in seguito usato come reagente nelle celle a combustibile (fuel cells).
Già da due miliardi e mezzo di anni, piante, alghe e alcuni tipi di batteri sfruttano la radiazione solare come loro primaria fonte di energia, assorbendo la luce e convertendola in energia chimica attraverso il processo della fotosintesi. Per svolgere questo compito utilizzano un complesso sistema biochimico formato da proteine, clorofille, carotenoidi e metalli di transizione chiamato Fotosistema II, rimasto pressoché immutato durante miliardi di anni di evoluzione. Utilizzando la luce come fonte energetica il Fotosistema II è in grado di compiere l’elettrolisi dell’acqua, ovvero la scissione di questa nelle sue componenti, ed immagazzinare energia sotto forma di molecole organiche (ATP, glucosio). Come effetto secondario la stessa macchina molecolare produce l’ossigeno che ha arricchito nel corso degli anni l’atmosfera terrestre, rendendo possibile l’evoluzione di organismi che utilizzano un metabolismo aerobico come gli esseri umani. La comprensione dettagliata del funzionamento di questo complesso sistema molecolare è utile non solo per svelare i segreti della fotosintesi naturale, ma per aprire nuove strade allo sviluppo di tecnologie atte alla produzione di energie rinnovabili che possano imitare la strategia adottata dagli organismi fotosintetici che si trovano in natura.
Per caratterizzare una delle prime fasi di questo processo i ricercatori hanno sfruttato metodi di Meccanica Quantistica attraverso l’utilizzo di supercalcolatori scientifici nazionali (centro di calcolo dell’Università dell’Aquila e CINECA, Bologna) ed internazionali. Lo studio ha permesso, inoltre, di razionalizzare numerosi esperimenti storici di spettroscopia effettuati a partire dagli anni novanta, la cui interpretazione è stata a lungo motivo di dibattito all’interno della comunità scientifica. Alla luce di questi risultati verrà studiato in dettaglio l’intero ciclo catalitico del Fotosistema II parallelamente allo studio di materiali inorganici “biomimetici” che potrebbero aprire promettenti strade per la produzione di energia pulita dal sole. Il progetto ha come istituzione partner l’Università degli Studi de L’Aquila.
Materiale video a disposizione
Video della simulazione molecolare al computer al seguente link:
Link all’articolo
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201306667/abstract
Leonardo Guidoni
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