Il dispositivo a energia solare può produrre preziose molecole ad alta densità energetica a partire da anidride carbonica e acqua.
Per molti anni i ricercatori hanno lavorato per costruire dispositivi in grado di imitare la fotosintesi, il processo con cui le piante utilizzano la luce del sole e l’anidride carbonica per produrre il loro carburante. Queste foglie artificiali utilizzano la luce del sole per separare l’acqua in ossigeno e idrogeno, che potrebbero poi essere utilizzati per alimentare le automobili o generare elettricità. Ora un gruppo di ricerca ha preso di mira la creazione di combustibili più densi di energia.
Da quasi un secolo le aziende producono carburanti sintetici combinando il monossido di carbonio (che può essere ricavato dall’anidride carbonica) e l’idrogeno ad alte temperature. Ma la speranza è che le foglie artificiali possano fare un tipo di sintesi simile in modo più sostenibile ed efficiente, attingendo all’energia del sole.
Il dispositivo del gruppo produce etilene ed etano, dimostrando che le foglie artificiali possono creare idrocarburi. Questo sviluppo potrebbe offrire un modo più economico e pulito di produrre carburanti, prodotti chimici e plastiche.
Per Virgil Andrei, responsabile della ricerca presso l’Università di Cambridge, l’obiettivo finale è quello di utilizzare questa tecnologia per creare combustibili che non lascino un’impronta di carbonio dannosa dopo essere stati bruciati. Se il processo utilizza l’anidride carbonica catturata dall’aria o dalle centrali elettriche, i combustibili risultanti potrebbero essere neutri dal punto di vista delle emissioni di anidride carbonica e ridurre la necessità di continuare a scavare nei combustibili fossili.
“Alla fine vogliamo essere in grado di ricavare l’anidride carbonica per produrre i carburanti e i prodotti chimici di cui abbiamo bisogno per l’industria e per la vita di tutti i giorni”, spiega Andrei, coautore di uno studio pubblicato su Nature Catalysis a febbraio. “Si finisce per imitare il ciclo del carbonio proprio della natura, in modo da non aver bisogno di ulteriori risorse fossili”.
Nanofiori di rame
Come altre foglie artificiali, il dispositivo del team sfrutta l’energia del sole per creare prodotti chimici. Ma produrre idrocarburi è più complicato che produrre idrogeno, perché il processo richiede più energia.
Per realizzare questa impresa, i ricercatori hanno introdotto alcune innovazioni. La prima è stata l’utilizzo di un catalizzatore specializzato composto da minuscole strutture di rame simili a fiori, prodotte nel laboratorio del coautore Peidong Yang presso l’Università della California, Berkeley. Su un lato del dispositivo, gli elettroni si sono accumulati sulle superfici di questi nanofiori. Questi elettroni sono stati poi utilizzati per convertire l’anidride carbonica e l’acqua in una serie di molecole tra cui l’etilene e l’etano, idrocarburi che contengono ciascuno due atomi di carbonio.
Immagini al microscopio dei nanoflussi di rame del dispositivo.
ANDREI, V., ROH, I., LIN, JA. ET AL. / NAT CATAL (2025)
Queste strutture nano-floreali sono sintonizzabili e potrebbero essere regolate per produrre un’ampia gamma di molecole, spiega Andrei: “A seconda della nanostruttura del catalizzatore di rame si possono ottenere prodotti molto diversi”.
Dall’altro lato del dispositivo, il team ha anche sviluppato un modo più efficiente dal punto di vista energetico per ottenere elettroni, utilizzando nanofili di silicio che assorbono la luce per elaborare il glicerolo anziché l’acqua, più comunemente utilizzata. Un ulteriore vantaggio è che il processo basato sul glicerolo può produrre composti utili come il glicerato, il lattato e l’acetato, che potrebbero essere raccolti per essere utilizzati nell’industria cosmetica e farmaceutica.
Scalare
Anche se il sistema di prova ha funzionato, questo progresso è solo un passo avanti verso la creazione di una fonte di carburante commercialmente valida. “Questa ricerca dimostra che il concetto può funzionare”, afferma Yanwei Lum, assistente di ingegneria chimica e biomolecolare presso l’Università Nazionale di Singapore. Ma, aggiunge, “le prestazioni non sono ancora sufficienti per le applicazioni pratiche. Non ci siamo ancora”.
Andrei afferma che il dispositivo deve essere molto più resistente ed efficiente per poter essere adottato per la produzione di carburante. Ma il lavoro si sta muovendo nella giusta direzione.
“Abbiamo fatto questi progressi perché abbiamo esaminato concetti non convenzionali e tecniche all’avanguardia che non erano realmente disponibili”, ha dichiarato. “Sono abbastanza ottimista sul fatto che questa tecnologia possa decollare nei prossimi 5-10 anni”.
