Ci sono tanti modi per produrre i combustibili solari, ma fino ad ora quello attraverso la fotosintesi artificiale non ha dato grandi risultati. Appunto, “fino ad ora”. Un team di ricerca dell’Università del Michigan, guidato dal professor Zetian Mi, ha fatto passi da gigante nel campo della fotosintesi artificiale, sviluppando un nuovo sistema che non solo riesce a convertire l’anidride carbonica (CO2) in idrocarburi, ma lo fa con un’efficienza e una longevità mai raggiunte prima.
Combustibili solari e fotosintesi artificiale
Al centro di questo nuovo metodo di produzione di combustibili solari, pubblicato sulla rivista scientifica Nature Synthesis, c’è un innovativo catalizzatore a base di rame, che sfrutta la luce solare per produrre etilene, un idrocarburo comunemente usato nella produzione di plastiche.
Il cuore del sistema è un fotocatodo composto da nanofili in nitruro di gallio su una base di silicio. Quando questo fotocatodo viene immerso in acqua arricchita di CO2 e poi colpito dalla luce solare, gli elettroni liberati scindono l’acqua, producendo idrogeno e ossigeno. Il rame, elemento chiave del catalizzatore, gioca un doppio ruolo: aggrappa l’idrogeno e, contemporaneamente e cattura il carbonio presente nell’anidride carbonica, trasformandolo in monossido di carbonio (CO).
Grazie all’azione sinergica tra il nitruro di gallio e il rame, due molecole di CO si legano con l’idrogeno, formando etilene e liberando ossigeno. Questo processo, che simula la fotosintesi naturale, avviene con una resa notevolmente superiore rispetto ad altri sistemi di sintesi artificiale.
Prestazioni senza precedenti
Secondo il professor Mi, il dispositivo ha dimostrato prestazioni cinque o sei volte superiori a quelle di altri sistemi. In termini pratici, il sistema ha funzionato ininterrottamente per 116 ore senza perdita di efficienza, facendo funzionare dispositivi simili per oltre 3.000 ore.
Questo risultato è reso possibile dalla struttura innovativa del fotocatodo e dalla sua capacità di rigenerarsi durante il processo di produzione. Infatti, l’ossigeno prodotto nel processo di scissione dell’acqua contribuisce a migliorare l’efficienza del catalizzatore e ne prolunga la durata.
Uno dei principali punti di forza del sistema sviluppato dal team del professor Mi è la sua longevità. Mentre altri catalizzatori, come quelli a base di argento e rame, hanno mostrato un’efficienza simile ma una durata limitata a poche ore, il sistema dell’Università del Michigan ha continuato a funzionare senza rallentamenti per giorni.
L’etilene prodotto dal sistema del team dell’Università del Michigan è uno degli idrocarburi più utilizzati al mondo, specialmente nella produzione di plastiche. Tuttavia, l’obiettivo a lungo termine del professor Mi e del suo gruppo è quello di produrre catene di carbonio più lunghe, come propanolo o altri combustibili liquidi.
