Foglia bionica crea ossigeno e carburante con la fotosintesi

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La foglia artificiale che funziona anche all’aperto: carburante e ossigeno dalla CO2. Dopo una lunga gavetta in laboratorio, il dispositivo che imita la fotosintesi delle piante potrebbe approdare nel mondo reale, e con una buona efficienza energetica.

La fotosintesi naturale sarà anche un processo non del tutto efficiente, ma manda avanti da sempre la vita sulla Terra: le foglie, come piccole centrali energetiche, convertono la luce del Sole, l’acqua e l’anidride carbonica in ossigeno e nutrienti.

La fotosintesi clorofilliana: un processo di produzione energetica che stiamo da tempo cercando di copiare.|Shutterstock
La fotosintesi clorofilliana: un processo di produzione energetica che stiamo da tempo cercando di copiare.|Shutterstock

Copie imperfette. I tentativi di imitare questo meccanismo, per sequestrare CO2 e farne aria pulita e carburante solare, sono in campo dagli anni ’90, ma finora i progressi sono stati lenti per due ragioni principali: una bassa efficienza di conversione, che rende il processo poco conveniente dal punto di vista economico, e la difficoltà di esportare la tecnica fuori dal laboratorio, dove le “foglie artificiali” funzionano, ma solo se esposte ad anidride carbonica pressurizzata, per aumentare la quantità di gas assorbito.

Serve un dispositivo che possa lavorare in mezzi diluiti, per esempio nella miscela di aria e gas di scarico che respiriamo tutti i giorni. Gli scienziati dell’Università dell’Illinois a Chicago hanno messo a punto una foglia bionica più adatta a operare nel mondo reale, capace di ottenere carburante mentre depura l’aria, e teoricamente fino a 10 volte più efficiente di una foglia naturale.

Il design della nuova foglia artificiale, protetta da una capsula esterna porosa. | University of Illinois at Chicago
Il design della nuova foglia artificiale, protetta da una capsula esterna porosa. | University of Illinois at Chicago

Uno strato in più. Come spiegato sulla rivista scientifica ACS Sustainable Chemistry & Engineering, la particolarità della nuova foglia è nella capsula trasparente e semipermeabile, piena d’acqua, che avvolge l’unità di fotosintesi artificiale. Quando il dispositivo è esposto al Sole, l’acqua evapora attraverso la membrana (in resina di ammonio quaternario), mentre la CO2 viene aspirata selettivamente attraverso i pori della capsula. La foglia artificiale all’interno della “teca” converte l’anidride carbonica in monossido di carbonio e ossigeno: il primo può essere catturato per produrre combustibili sintetici, il secondo può essere rilasciato in atmosfera, come farebbe una foglia normale.

Doppio scopo. Sarebbe proprio la membrana specializzata nell’estrazione di CO2 a permettere il funzionamento del dispositivo fuori dai confini del laboratorio. Il team ha calcolato che 360 di queste foglie giganti (170 cm di lunghezza per 20 di larghezza) potrebbero produrre mezza tonnellata di monossido di carbonio al giorno da sfruttare come combustibile, e aspirare nello stesso arco di tempo il 10% di CO2 dall’aria che le circonda.

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