Gli esseri umani possono fare molte cose che le piante non possono fare. Possiamo camminare, possiamo parlare, possiamo sentire, vedere e toccare. Ma le piante hanno un grande vantaggio sugli esseri umani: possono prendere energia direttamente dal sole.
Quel processo di trasformare la luce solare direttamente in energia utilizzabile - chiamato fotosintesi - potrebbe presto essere un'impresa che gli umani sono in grado di imitare per sfruttare l'energia del sole per un combustibile pulito, immagazzinabile ed efficiente. Se così fosse, potrebbe aprire una nuova frontiera dell'energia pulita. Abbastanza energia colpisce la terra sotto forma di luce solare in un'ora per soddisfare tutte le esigenze energetiche della civiltà umana per un anno intero.
L'energia eolica e quella solare, sfruttate dalle celle fotovoltaiche, sono le due principali forme di energia pulita disponibili. L'aggiunta della terza, la fotosintesi sintetica, cambierebbe drasticamente il panorama delle energie rinnovabili. La capacità di immagazzinare facilmente l'energia, senza richiedere batterie ingombranti, migliorerebbe notevolmente la capacità degli esseri umani di alimentare la società in modo pulito ed efficiente.
Sia le turbine eoliche che quelle fotovoltaiche presentano svantaggi in termini di effetti ambientali e fattori di complicazione.
I ricercatori di tutto il mondo stanno lavorando duramente per cercare di trovare un'energia accessibile. L'energia pulita e sostenibile che possiamo creare con elementi atossici e facilmente reperibili. La fotosintesi artificiale è la via da seguire.
La fotosintesi è una complessa danza di processi in cui le piante convertono la luminosità del sole e le molecole d'acqua in energia utilizzabile sotto forma di glucosio. Per fare questo usano un pigmento, solitamente la famosa clorofilla, oltre a proteine, enzimi e metalli.
Il processo più vicino alla fotosintesi artificiale che gli esseri umani hanno oggi è il fotovoltaico la tecnologia, dove una cella solare converte l'energia solare in elettricità. Questo processo è notoriamente inefficiente, poiché è in grado di catturare solo il 20% circa dell’energia solare. La fotosintesi, invece, è radicalmente più efficiente; è in grado di immagazzinare il 60% dell'energia solare come energia chimica nelle biomolecole associate.
L'efficienza delle semplici celle fotovoltaiche, i pannelli solari, è limitata dalla capacità dei semiconduttori di assorbire l'energia luminosa e dalla capacità della cella di produrre energia. Questo limite è qualcosa che gli scienziati potrebbero superare con la fotosintesi sintetica.
Con la fotosintesi artificiale, non ci sono limitazioni fisiche fondamentali. Puoi facilmente immaginare un sistema efficiente al 60% perché abbiamo già un precedente nella fotosintesi naturale. E se diventiamo molto ambiziosi, potremmo persino immaginare un sistema con un'efficienza fino all'80%.
La fotosintesi è estremamente efficiente quando si tratta di scindere l'acqua, il primo passo della fotosintesi artificiale. Le proteine dei fotosistemi II nelle piante lo fanno mille volte al secondo. Lampeggia ed è fatta.
Il gruppo di ricercatori sta imitando il processo costruendo il proprio analogo di foglie artificiali che raccoglie la luce e divide le molecole d'acqua per generare idrogeno. L'idrogeno può essere utilizzato come combustibile da solo tramite celle a combustibile o essere aggiunto ad altri combustibili come il gas naturale o incorporato nelle celle a combustibile per alimentare qualsiasi cosa, dai veicoli alle case ai piccoli dispositivi elettronici, laboratori e ospedali.
Gli scienziati sperimentano in laboratorio con proteine naturali del fotosistema II e combinazioni di catalizzatori sintetici nel tentativo di capire cosa funziona meglio e perché. Hanno anche messo una priorità sull'utilizzo di composti e sostanze chimiche che sono facilmente abbondanti sulla Terra, facilmente accessibili e non tossici per il pianeta.
Il progresso nella fotosintesi artificiale è complicato, tuttavia, dal fatto che la fotosintesi è così multiforme, un fatto lamentato dagli studenti di biochimica di tutto il mondo.
La reazione è molto complessa. La chimica della scissione delle molecole d'acqua è estremamente complessa e difficile.
Gli scienziati stanno lavorando alla fotosintesi artificiale dagli anni '1970. È molto tempo, ma non se ricordi che la fotosintesi ha impiegato milioni di anni per evolversi. Non solo, ma gli scienziati credono che, a differenza del volo, della comunicazione o dell'intelligenza, la fotosintesi si sia evoluta solo una volta, circa 3 miliardi di anni fa, solo circa 1.5 miliardi di anni dopo l'esistenza della Terra.
Il team postula che entro i prossimi 10-15 anni saranno stati compiuti progressi sufficienti per la pubblicità artificiale i sistemi di fotosintesi potrebbero iniziare a entrare in funzione.