Introduzione
Un team di ricercatori ha sviluppato un efficiente sistema di fotosintesi artificiale che imita un cloroplasto naturale, trasformando il biossido di carbonio in acqua in metano utilizzando la luce. Questa scoperta potrebbe contribuire alla neutralità del carbonio creando un combustibile neutro in termini di carbonio, superando le sfide passate relative alla stabilità del fotosensibilizzatore e alla selettività in acqua.
Un sistema di fotosintesi artificiale più efficiente della fotosintesi naturale
Un team di ricerca congiunto dell’Università della Città di Hong Kong (CityU) e collaboratori ha recentemente sviluppato un sistema di fotocatalisi artificiale stabile che è più efficiente della fotosintesi naturale. Il sistema appena sviluppato, che replica un cloroplasto naturale, è in grado di trasformare il biossido di carbonio in acqua in metano, un combustibile utile, in modo molto efficiente utilizzando la luce. Questo rappresenta un significativo passo avanti con potenziali contributi verso il raggiungimento della neutralità del carbonio.
Il contesto della fotosintesi
La fotosintesi è il meccanismo attraverso il quale i cloroplasti nelle piante e in certi organismi utilizzano la luce solare, l’acqua e il biossido di carbonio per produrre cibo o energia. Negli ultimi decenni, numerosi ricercatori hanno cercato di creare processi di fotosintesi sintetici con l’obiettivo di convertire il biossido di carbonio in combustibile neutro in termini di carbonio.
Le sfide della conversione del biossido di carbonio in acqua
“Tuttavia, è difficile convertire il biossido di carbonio in acqua perché molti fotosensibilizzatori o catalizzatori si degradano in acqua”, ha spiegato il professor Ye Ruquan, professore associato nel Dipartimento di Chimica alla CityU, uno dei leader dello studio congiunto. ”Sebbene i cicli di fotocatalisi artificiale abbiano dimostrato di funzionare con un’efficienza intrinseca superiore, la bassa selettività e stabilità in acqua per la riduzione del biossido di carbonio hanno ostacolato le loro applicazioni pratiche”.
Un nuovo sistema di fotosintesi artificiale stabile ed efficiente
Nel più recente studio, il team di ricerca congiunto da CityU, l’Università di Hong Kong (HKU), l’Università di Jiangsu e l’Istituto di Chimica Organica di Shanghai dell’Accademia Cinese delle Scienze ha superato queste difficoltà utilizzando un approccio di assemblaggio supramolecolare per creare un sistema di fotosintesi artificiale. Esso imita la struttura dei cromatofori (cioè le cellule che contengono pigmento) di un batterio viola, molto efficienti nel trasferire energia dal sole.
Il cuore del nuovo sistema di fotosintesi artificiale
Il nucleo del nuovo sistema di fotosintesi artificiale è una nanomicella artificiale altamente stabile – un tipo di polimero che può auto-assemblarsi in acqua, con una estremità che ama l’acqua (idrofila) e una che teme l’acqua (idrofobica). La testa idrofila della nanomicella funziona come un fotosensibilizzatore per assorbire la luce solare, e la sua coda idrofobica agisce come un induttore per l’auto-assemblaggio.
La produzione di idrogeno e metano
Quando viene posta in acqua, le nanomicelle si auto-assemblano a causa del legame idrogeno intermolecolare tra le molecole d’acqua e le code. L’aggiunta di un catalizzatore al cobalto produce idrogeno e riduce il biossido di carbonio, risultando nella produzione di idrogeno e metano.
Un sistema di fotosintesi artificiale economicamente sostenibile
Il nuovo sistema di fotocatalisi artificiale è economicamente sostenibile, in quanto non si basa su metalli preziosi costosi. “L’auto-assemblaggio gerarchico del sistema offre una promettente strategia bottom-up per creare un sistema di fotocatalisi artificiale ad alte prestazioni basato su elementi economici e abbondanti sulla Terra, come i complessi di porfirina di zinco e cobalto”, ha detto il professor Ye.
Un passo avanti verso la neutralità del carbonio
Il professor Ye ha affermato che l’ultima scoperta beneficerà e ispirerà la progettazione razionale di futuri sistemi di fotocatalisi per la conversione e la riduzione del biossido di carbonio utilizzando l’energia solare, contribuendo all’obiettivo della neutralità del carbonio.
Conclusione
In sintesi, i ricercatori hanno sviluppato un sistema di fotosintesi artificiale che imita un cloroplasto naturale, superando le sfide passate relative alla stabilità del fotosensibilizzatore e alla selettività in acqua. Questo sistema è economicamente sostenibile e potrebbe contribuire alla neutralità del carbonio.