Fotovoltaico biologico: la Germania punta sulla fotosintesi

Cos'è una cella solare bio? Banalmente, si tratta di una cella che integra la tecnologia fotovoltaica a una base biologica. La nuova frontiera arriva dalla Germania, già impegnata sul fronte del fotovoltaico organico (ispirato dal processo di fotosintesi clorofilliana) grazie ai milioni di euro di finanziamenti destinati al progetto PopUp. L'ultima novità, in arrivo dalla Ruhr-Universität di Bochum (RUB), finanziata dalla Fondazione tedesca per la ricerca (Deutsche Forschungsgemeinschaft) nell'ambito del Cluster di Eccellenza RESOLV (EXC 1069) e dei programmi UE "CyanoFactory" e "COST Action TD1102 Phototech", integra direttamente fotovoltaico e proteine responsabili della fotosintesi vegetale.

Una veduta dall'alto della Ruhr-Universität, a Bochum, dove si sta studiando l'integrazione della proteine fotosintetiche nel fotovoltaico

(Una veduta dall'alto della Ruhr-Universität, a Bochum, dove si sta studiando l'integrazione della proteine fotosintetiche nel fotovoltaico)

Gli studi del team dei professori Wolfgang Schuhmann (del Dipartimento di Chimica Analitica e Centro per la Ricerca elettrochimica, CES) e Matthias Rogner (del Dipartimento di Biochimica) hanno, infatti, portato a un nuovo e importante risultato: l'isolamento delle proteine fotosintetiche dai cosiddetti cianobatteri termofili (organismi procarioti Gram-negativi capaci di compiere la fotosintesi ossigenica), più comunemente e inappropiatamente noti come alghe azzurre.

Questi organismi unicellulari, tra le forme di vita più antiche ancor oggi presenti sulla Terra, oltre a compiere la fotosintesi come le piante, hanno un contenuto proteico tra il 51 e il 71 % e, in quanto batteri, hanno eccezionale adattabilità. Alcuni di essi (quelli termofili, appunto) vivono nelle sorgenti termali, dove l'acqua raggiunge temperature tra i 70 e gli 80 °C, come nelle aree calde del Giappone. Si tratta, dunque, di condizioni ambientali particolarmente estreme e che garantiscono la stabilità di questi fotosistemi, a fronte di quelli presenti in altre specie, non in grado di vivere condizioni ambientali altrettanto estreme.

Un'immagine al microscopio dei cianobatteri

(Un'immagine al microscopio dei cianobatteri)

In cosa consiste, dunque, la nuova cella solare bio ideata dal team della RUB? In pratica, si è trattato di ricreare artificialmente due proteine del fotosistema (il primo coinvolto nelle reazioni di fotosintesi di alghepiante e alcuni tipi di batteri), incorporarle in molecole complesse di auto-sviluppo e, solo a questo punto, integrarle all'interno di un dispositivo fotovoltaico attraverso gli elettrodi presenti all'interno delle celle. Il risultato è stato una cella solare organica, in grado di produrre non biomassa (come, invece, ottenuto dalla University of California, nell'ambito di ricerche sulla produzione del biodiesel) ma energia. 

Scendendo più nel dettaglio, nella prima camera (le celle organiche sono, infatti, formate da due camere), una proteina estrae gli elettroni dalle molecole dell'acqua. A questo punto, oltre a generarsi ossigeno, gli elettroni migrano verso l'elettrodo grazie all'idrogel redox (una serie di materiali elettro-conduttori complessi). L'elettrodo è, a propria volta, collegato all'elettrodo nella seconda camera, da cui, attraverso un idrogel con potenziale diverso (che permette di convertire l'energia solare in energia elettrica), gli elettrodi sono condotti all'altra proteina e trasformati in ossigeno. Ovviamente, affinché questo processo fotosintetico abbia luogo, è necessario che i pannelli siano esposti alla luce; solo in questo caso, infatti, si può assistere alla generazione di un flusso di energia elettrica continuo, in un sistema chiuso.

Una coltivazione di cianobatteri in laboratorio

(Una coltivazione di cianobatteri in laboratorio)

Ma quanto sono efficienti queste nuove celle solari bio? Attualmente, si parla di diversi nanowatt per centimetro quadrato.

Solo qualche mese fa, del resto, la Cambridge University annunciava lo sviluppo di un dispositivo biofotovoltaico a base di batteri fotosintetici e, appunto, alghe. Le loro cellule, una volta esposte alla luce, producono, infatti, ossigeno ed elettroni, poi convertiti in energia elettrica (lo stesso risultato ottenuto con le "alghe azzurre" dai ricercatori della RUB).

AutoreDott.ssa Morena Deriu

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