Fotosintesi clorofilliana (Canva) - systemscue.it
Se riuscissimo a riprodurre la fotosintesi clorofilliana in laboratorio, secondo te, quali potrebbero essere le sue applicazioni?
La fotosintesi artificiale, rappresenta una delle sfide più promettenti, nel campo della ricerca energetica e ambientale. Poiché l’idea di imitare il processo naturale delle piante per produrre energia, utilizzando la luce solare, potrebbe rivoluzionare il modo in cui l’umanità affronta il problema della dipendenza dai combustibili fossili. E con la fotosintesi artificiale, esser possibile convertire l’energia solare in molecole utili come zuccheri e idrogeno, contribuendo anche alla riduzione dell’anidride carbonica nell’atmosfera.
Nella fotosintesi naturale, le piante utilizzano l’energia solare per trasformare acqua e anidride carbonica in ossigeno e zuccheri. Processo complesso, concernente diverse fasi chimiche e fisiche, in cui la luce solare vien catturata e trasformata in energia chimica, attraverso il trasporto di elettroni. E l’idea alla base della fotosintesi artificiale è quella di replicare siffatto meccanismo, così da ottenere energia pulita e sostenibile. Sebbene, tuttavia, la complessità del processo ne renda difficile la riproduzione in laboratorio.
Se l’uomo riuscisse a replicare davvero la fotosintesi, si potrebbero infatti ottenere numerosi vantaggi. E oltre alla produzione di ossigeno e zuccheri, la separazione dell’acqua nelle sue componenti (idrogeno e ossigeno) fornirebbe una fonte di idrogeno pulito, utilizzabile come carburante ecologico. Non di meno, l’assorbimento dell’anidride carbonica dall’atmosfera, contribuirebbe a ridurre il riscaldamento globale, offrendo una doppia soluzione ai problemi energetici e ambientali.
Insomma, riprodurre la fotosintesi artificiale è complicato, poiché coinvolge molteplici componenti molecolari, e reazioni chimiche coordinate. Proteine, pigmenti e altre molecole, lavorano in sinergia per assorbire la luce e trasferire l’energia; e la fotosintesi artificiale, richiederebbe quindi la costruzione di sistemi molecolari altrettanto sofisticati e organizzati, per ottenere un risultato simile a quello naturale.
In tal senso, un passo significativo è stato compiuto dal team del professor Frank Würthner, della Julius-Maximilians-Universität (JMU) di Würzburg; in collaborazione con il professor Dongho Kim, dell’Università Yonsei di Seoul. Gruppo in cui i ricercatori hanno sintetizzato una struttura molecolare complessa, la quale simula uno dei primi passaggi della fotosintesi naturale. Sistema infatti composto da molecole di colorante assorbenti la luce, e in grado di trasferire cariche elettriche, con elevata efficienza.
La struttura sintetizzata è costituita da quattro molecole di bisimide perilenica impilate, formanti un sistema in grado di assorbire la luce da un’estremità, e trasferire le cariche elettriche lungo la struttura. Sistema, quindi, in grado di riprodurre il comportamento dell’apparato fotosintetico naturale, consentendo un trasferimento di elettroni rapido e diretto. La struttura impilata, dal canto suo, ha dimostrato un’efficienza elevata, confermando che separazione e trasporto di cariche, possono esser controllati in modo preciso, mediante la luce.
E il passo successivo, per il team di ricerca, è ora quello di espandere il sistema di coloranti impilati, aumentando il numero di componenti per creare un “filo sopra-molecolare“. Il cui scopo è ottenere una struttura in grado di trasportare l’energia luminosa, su distanze più lunghe, migliorando l’efficienza del processo. Sistema il quale potrebbe rappresentare la base per futuri materiali foto-funzionali, capaci di svolgere un ruolo chiave nella produzione di energia rinnovabile.
Non a caso, lo sviluppo di sistemi molecolari complessi per la fotosintesi artificiale, apre nuove prospettive, per la produzione di energia pulita. E se questi sistemi venissero ottimizzati per funzionare su larga scala, potrebbero fornire seriamente una fonte d’energia sostenibile: contribuendo, dunque, alla riduzione della concentrazione di anidride carbonica nell’atmosfera.