Una molecola ispirata alla fotosintesi, sviluppata a Basilea, immagazzina cariche elettriche con luce solare e apre la strada a carburanti ecologici a zero emissioni
Un passo più vicino alla fotosintesi artificiale grazie a una nuova molecola.
Un team di ricerca dell’Università di Basilea ha sviluppato una nuova molecola ispirata alla fotosintesi delle piante. Sotto l’effetto della luce, questa molecola è in grado di immagazzinare simultaneamente due cariche positive e due negative. L’obiettivo? Trasformare la luce solare in carburanti a zero emissioni di carbonio.
Le piante utilizzano l’energia del sole per convertire l’anidride carbonica (CO2) in zuccheri ricchi di energia: un processo chiamato fotosintesi, alla base di quasi tutta la vita sulla Terra. Gli esseri viventi “bruciano” questi carboidrati per ottenere energia, rilasciando nuovamente CO2 e chiudendo il ciclo naturale.
I ricercatori puntano ora a replicare questo meccanismo per produrre carburanti ecologici come idrogeno, metanolo e benzina sintetica. Questi “carburanti solari” rilascerebbero solo la quantità di CO2 necessaria alla loro produzione, risultando quindi carbon neutral.
Dentro la molecola che sfida le regole
Sulla rivista scientifica Nature Chemistry (1), il professor Oliver Wenger (2) e il dottorando Mathis Brändlin (3) dell’Università di Basilea hanno annunciato un importante passo avanti verso la fotosintesi artificiale: hanno sviluppato una molecola speciale capace di immagazzinare quattro cariche elettriche contemporaneamente sotto irradiazione luminosa — due positive e due negative.
Questa capacità di accumulo intermedio è fondamentale per convertire la luce solare in energia chimica. Le cariche immagazzinate possono infatti alimentare reazioni cruciali, come la scissione dell’acqua in idrogeno e ossigeno, base per la produzione di carburanti sostenibili.
La molecola è composta da cinque unità collegate in serie, ognuna con una funzione specifica. Da un lato, due componenti rilasciano elettroni e si caricano positivamente. Dall’altro, due elementi catturano gli elettroni, acquisendo carica negativa. Al centro, i chimici hanno inserito un componente che assorbe la luce solare e avvia il processo di trasferimento elettronico.
Questa innovazione rappresenta un tassello chiave nella corsa verso carburanti solari a impatto zero, capaci di imitare il processo naturale della fotosintesi.
Due impulsi di luce per attivare una molecola a quattro cariche
Per generare le quattro cariche elettriche, i ricercatori hanno adottato un approccio graduale basato su due impulsi luminosi. Il primo flash colpisce la molecola e innesca una reazione che produce una carica positiva e una negativa, le quali si spostano verso le estremità opposte della struttura.
Con il secondo impulso di luce, la stessa reazione si ripete: la molecola accumula così due cariche positive e due negative, condizione essenziale per avviare reazioni chimiche complesse come la scissione dell’acqua o la produzione di carburanti solari. Questa scoperta rappresenta un passo cruciale verso la fotosintesi artificiale e l’energia pulita a impatto zero.
Fotosintesi artificiale: nuova molecola attivata con luce debole, simile a quella solare
Grazie a un’eccitazione graduale, i ricercatori sono riusciti a utilizzare luce molto più fioca rispetto agli esperimenti precedenti. «Ci stiamo già avvicinando all’intensità della luce solare», dice il dottor Mathis Brändlinn. In passato, era necessario ricorrere a laser estremamente potenti, lontani dalla visione di una fotosintesi artificiale sostenibile.
Un altro vantaggio cruciale: le cariche generate nella molecola restano stabili abbastanza a lungo da poter essere impiegate in reazioni chimiche successive, aprendo la strada a nuove applicazioni energetiche.
Tuttavia, la molecola non ha ancora portato alla creazione di un sistema completo di fotosintesi artificiale. «Abbiamo però identificato e integrato un tassello fondamentale del puzzle», afferma Oliver Wenger. I risultati dello studio migliorano la comprensione dei trasferimenti elettronici, cuore della fotosintesi artificiale. «Speriamo che questo contribuisca a nuove prospettive per un futuro energetico sostenibile», conclude il professore Oliver Wenger.
Riferimenti:
(1) Photoinduced double charge accumulation in a molecular compound
(2) Oliver Wenger
(3) Mathis Brändlin
Descrizione foto: Come avviene nella fotosintesi naturale, la nuova molecola è in grado di immagazzinare temporaneamente due cariche positive e due negative, un passo fondamentale per replicare i processi biochimici che trasformano la luce in energia. - Credit: Deyanira Geisnæs Schaad.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Chemists develop molecule for important step toward artificial photosynthesis