La «foglia artificiale» made in Italy che produrrà energia come le piante

MILANO - Potremmo essere in grado di produrre energia allo stesso modo in cui lo fanno le piante attuando una vera e propria fotosintesi artificiale? E’ ciò che stanno cercando di fare i ricercatori del progetto PHOEBUS, coordinato dal Professor Giulio Cerullo del Politecnico di Milano, il cui obiettivo è proprio quello di studiare il ruolo di ‘antenna solare’ di piante e batteri fotosintetici e di riprodurlo in sistemi molecolari artificiali. Così la comprensione della capacità di raccogliere energia solare degli organismi fotosintetici naturali si tradurrà in regole per il progetto di sistemi artificiali.

Dalla fotosintesi clorofilliana
L’assorbimento della luce da parte delle molecole contenute in tutte le proteine degli organismi fotosintetici (pigmenti fotosintetici), dai batteri monocellulari alle piante più complesse, avviene in frazioni infinitesimali di secondo. L’iniziale foto-eccitazione causata dalla luce solare viene dispersa istantaneamente su tutte le molecole foto-eccitate ed è trasmessa alla ‘centrale elettrica’ dell’organismo fotosintetico attraverso una catena di pigmenti. Per raggiungere i suoi risultati PHOEBUS ha fotografato questi meccanismi grazie a sofisticati strumenti che hanno permesso di generare flash luminosi dalle durate infinitesimali. Le tecniche di generazione e sviluppo di sorgenti laser a femtosecondi (1 femtosecondo corrisponde a un milionesimo di miliardesimo di secondo!), disponibili presso i laboratori del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, hanno permesso di osservare in tempo reale i primi istanti temporali che si susseguono all’eccitazione solare in organismi batterici elementari.

La scoperta
Dopo due anni di studi svolti presso i laboratori del Prof. Gregory Scholes del Dipartimento di Chimica della prestigiosa Princeton University (USA), il progetto PHOEBUS suggerisce che il trasporto energetico nei sistemi naturali viene governato dalle leggi della meccanica quantistica, tramite una sofisticata architettura molecolare che incanala in modo estremamente efficiente l’energia solare verso la centrale elettrica molecolare, dove viene utilizzata per convertire l’anidride carbonica in zuccheri, che servono da «carburante» delle molecole. PHOEBUS ha studiato organismi naturali complessi, come le alghe, e nuovi sistemi artificiali, mai sintetizzati prima.

Foglia artificiale
In questi sistemi artificiali le molecole foto-attive vengono connesse attraverso legami chimici per imitare la struttura dei pigmenti nelle proteine fotosintetiche e quindi riprodurre gli effetti del processo di fotosintesi in laboratorio. L’obiettivo finale è la produzione di una «foglia artificiale» che converta l’acqua in combustibili quali idrogeno e ossigeno e allo stesso tempo pulisca l’atmosfera riducendo la concentrazione di anidride carbonica.