Le foglie artificiali combattono il cambiamento climatico, diventano il futuro dell’energia

Il mondo è diventato vivibile per i primati come noi grazie alla fotosintesi effettuata dalle foglie e oggi gli scienziati stanno lavorando per creare la sua variante artificiale per risolvere ancora una volta molti dei nostri problemi, scrive Satyen K. Bordoloi.

Nell’era dei dinosauri, la terra non era pronta per l’uomo. L'atmosfera era ricca di anidride carbonica. Ma gli alberi e le loro foglie erano enormi. Ciò significava che utilizzavano la luce solare, assorbivano anidride carbonica e rilasciavano ossigeno in un processo che abbiamo chiamato fotosintesi. L’ossigeno nell’atmosfera è cresciuto – e insieme ad altri fattori come il raffreddamento del pianeta e la diversità delle piante – ha aperto la strada all’emergere dei primati.

Il mondo è stato così reso vivibile per gli esseri umani dagli alberi e dalle loro foglie. Mentre il mondo attraversa una nuova crisi – una crisi climatica provocata dall’uomo – gli scienziati stanno tornando alle foglie, per salvare il pianeta per noi. L'unica differenza: questa volta le foglie sono artificiali, artificiali e hanno una scheggiatura. Gli scienziati di tutto il mondo scommettono su di loro per risolvere una serie di problemi attuali, dal cambiamento climatico alla produzione di carburante pulito e abbondante. Sebbene il settore debba ancora recuperare terreno, ha il potenziale per cambiare il mondo in più modi di quanto possiamo immaginare oggi.

Il bisogno di energia dell'uomo è salito alle stelle. Eppure non possiamo bruciare più combustibili fossili per produrli poiché rilasciano gas serra. Come dimostrano Chernobyl e Fukushima, l’energia nucleare comporta dei pericoli intrinseci. La tecnologia delle foglie artificiali, ispirata alla fotosintesi, è una delle tecnologie più promettenti emerse negli ultimi decenni. Il motivo è semplice: invece di inquinare, assorbe anidride carbonica inquinante e rilascia ossigeno, producendo carburante per i nostri bisogni. Pertanto, se potessimo replicarlo su larga scala, non solo potremmo creare energia verde ma anche disinquinare il mondo.

Il problema è che la fotosintesi è una reazione chimica complessa e difficile. Anche se le piante lo fanno sembrare facile – grazie a milioni di anni di evoluzione – in realtà comporta una complessa serie di processi tra cui la cattura della luce solare e la scissione delle molecole d’acqua per produrre protoni che si uniscono all’anidride carbonica atmosferica per produrre energia per la crescita della pianta. Nonostante milioni di anni di pratica, gli impianti riescono, nella migliore delle ipotesi, a raggiungere solo l’1% di efficienza. Che possibilità avevamo noi umani?

Risulta molto. Ciò che gli scienziati hanno capito è che potevano mescolare tre rami della scienza: chimica, biologia e informatica per produrre una sorta di versione bionica di una foglia naturale che chiamano foglia artificiale o foglia bionica.

Nel corso dei secoli gli esseri umani hanno osservato come le piante diffondono le loro foglie verso il sole per assorbire la luce che raggiunge la Terra. Abbiamo fantasticato per anni se anche noi potessimo costruire qualcosa che potesse imitarlo. Anche se la tecnologia non c’era quando l’idea venne per la prima volta agli esseri umani, nell’era digitale ora abbiamo le risorse per farlo.

Il termine "foglia" è un termine improprio, ma è comunque una luce guida. Un termine improprio perché questi dispositivi sono gadget digitali dotati di chip ed elettrodi. Guidare la luce perché il suo principio di base è lo stesso di una foglia cioè la fotosintesi: avere un'ampia superficie esposta al sole per assorbirne l'energia, assorbire i composti disponibili nell'aria per produrre qualcos'altro.

Anche i pannelli solari sono costituiti da chip e funzionano sfruttando l'energia del sole. Si possono chiamare foglie artificiali i pannelli solari? Non proprio perché sebbene il principio sia simile, non è lo stesso. I pannelli solari prendono semplicemente l'energia del sole e la convertono in energia elettrica che possiamo utilizzare per i nostri scopi. Quando diciamo foglia artificiale, intendiamo un altro livello di complessità: la capacità di prendere anche gas e composti dall’aria – proprio come fanno le foglie – e trasformarli in qualcosa di utile per noi.

La prima vera svolta nella creazione di una foglia bionica è stata raggiunta nel 2011.

Nel 2011 i ricercatori del MIT guidati dal professor Daniel Nocera hanno prodotto un dispositivo che, come le foglie, potrebbe trasformare l'energia solare direttamente in combustibile chimico. La bellezza della loro foglia artificiale era che non necessitava di cavi o controlli esterni per funzionare. Si trattava fondamentalmente di una cella solare in silicio con vari materiali catalitici legati sui due lati. Se messa in acqua ed esposta alla luce solare, l'acqua formerebbe delle bolle. Queste erano bolle di ossigeno da un lato e idrogeno dall'altro. Collocate in un contenitore che potrebbe creare una barriera per separare i due lati, le bolle potrebbero essere raccolte per essere utilizzate per fare varie cose con esse, tra cui produrre energia alimentandole in una cella a combustibile. Sebbene questo dispositivo possa essere utilizzato in una configurazione wireless, se cablato, la sua efficienza di scissione dell’acqua è aumentata dal 2,5% al ​​4,7%. Il documento che dettaglia lo stesso può essere letto qui.