Le “foglie artificiali” galleggianti cavalcano l’onda della produzione di carburante pulito
I ricercatori hanno sviluppato “foglie artificiali” galleggianti che generano combustibili puliti dalla luce solare e dall’acqua e potrebbero eventualmente funzionare su larga scala in mare.
I ricercatori, dell’Università di Cambridge, hanno progettato dispositivi ultrasottili e flessibili, che traggono ispirazione dalla fotosintesi, il processo mediante il quale le piante convertono la luce solare in cibo. Poiché i dispositivi autonomi e a basso costo sono abbastanza leggeri da galleggiare, potrebbero essere utilizzati per generare un’alternativa sostenibile alla benzina senza occupare spazio sulla terraferma.
I test all’aperto delle foglie leggere sul fiume Cam – vicino a siti iconici di Cambridge tra cui il Bridge of Sighs, la Wren Library e la King’s College Chapel – hanno dimostrato che possono convertire la luce solare in combustibili con la stessa efficienza delle foglie delle piante.
Questa è la prima volta che viene generato carburante pulito sull’acqua e, se ingrandite, le foglie artificiali potrebbero essere utilizzate su corsi d’acqua inquinati, nei porti o persino in mare, e potrebbero aiutare a ridurre la dipendenza dell’industria marittima globale dai combustibili fossili. I risultati sono riportati sulla rivista Nature .
Mentre le tecnologie per l’energia rinnovabile, come l’eolico e il solare, sono diventate significativamente più economiche e disponibili negli ultimi anni, per settori come il trasporto marittimo, la decarbonizzazione è un ordine molto più alto. Circa l’80% del commercio mondiale è trasportato da navi mercantili alimentate da combustibili fossili, ma il settore ha ricevuto molta poca attenzione nelle discussioni sulla crisi climatica.
Da diversi anni il gruppo di ricerca del professor Erwin Reisner a Cambridge lavora per affrontare questo problema sviluppando soluzioni sostenibili alla benzina che si basano sui principi della fotosintesi. Nel 2019 hanno sviluppato una foglia artificiale , che produce syngas, un intermedio chiave nella produzione di molti prodotti chimici e farmaceutici, dalla luce solare, dall’anidride carbonica e dall’acqua.
Il prototipo precedente generava carburante combinando due assorbitori di luce con catalizzatori adatti. Tuttavia, incorporava substrati di vetro spessi e rivestimenti protettivi dall’umidità, il che rendeva il dispositivo ingombrante.
“Le foglie artificiali potrebbero ridurre sostanzialmente il costo della produzione sostenibile di carburante, ma poiché sono sia pesanti che fragili, sono difficili da produrre su larga scala e da trasportare”, ha affermato il dottor Virgil Andrei del dipartimento di chimica Yusuf Hamied di Cambridge, co del giornale -autore principale.
“Volevamo vedere fino a che punto possiamo ridurre i materiali utilizzati da questi dispositivi, senza influire sulle loro prestazioni”, ha affermato Reisner, che ha guidato la ricerca. “Se riusciamo a tagliare i materiali abbastanza in basso da essere abbastanza leggeri da galleggiare, allora si aprono modi completamente nuovi in cui queste foglie artificiali potrebbero essere utilizzate”.
Per la nuova versione della foglia artificiale, i ricercatori si sono ispirati all’industria elettronica, dove le tecniche di miniaturizzazione hanno portato alla realizzazione di smartphone e display flessibili, rivoluzionando il campo.
La sfida per i ricercatori di Cambridge era come depositare assorbitori di luce su substrati leggeri e proteggerli dalle infiltrazioni d’acqua. Per superare queste sfide, il team ha realizzato ossidi metallici a film sottile e materiali noti come perovskiti, che possono essere rivestiti su plastica flessibile e fogli metallici. I dispositivi sono stati ricoperti con strati micrometrici a base di carbonio idrorepellenti che impedivano il degrado dell’umidità. Hanno finito con un dispositivo che non solo funziona, ma sembra anche una vera foglia.
“Questo studio dimostra che le foglie artificiali sono compatibili con le moderne tecniche di fabbricazione, rappresentando un primo passo verso l’automazione e l’aumento della produzione di combustibile solare”, ha affermato Andrei. “Queste foglie combinano i vantaggi della maggior parte delle tecnologie del combustibile solare, poiché ottengono il peso ridotto delle sospensioni in polvere e le elevate prestazioni dei sistemi cablati”.
I test delle nuove foglie artificiali hanno dimostrato che possono scindere l’acqua in idrogeno e ossigeno o ridurre la CO 2 a syngas. Sebbene sarà necessario apportare ulteriori miglioramenti prima che siano pronti per le applicazioni commerciali, i ricercatori affermano che questo sviluppo apre nuove strade nel loro lavoro.
“I parchi solari sono diventati popolari per la produzione di elettricità; prevediamo fattorie simili per la sintesi di combustibili”, ha affermato Andrei. “Questi potrebbero fornire insediamenti costieri, isole remote, coprire stagni industriali o evitare l’evaporazione dell’acqua dai canali di irrigazione”.
“Molte tecnologie per l’energia rinnovabile, comprese le tecnologie dei combustibili solari, possono occupare grandi quantità di spazio sulla terraferma, quindi spostare la produzione in acque libere significherebbe che l’energia pulita e l’uso del suolo non sono in competizione tra loro”, ha affermato Reisner. “In teoria, potresti arrotolare questi dispositivi e metterli quasi ovunque, in quasi tutti i paesi, il che aiuterebbe anche con la sicurezza energetica”.
La ricerca è stata supportata in parte dall’European Research Council, dal Cambridge Trust, dal Winton Program for the Physics of Sustainability, dalla Royal Academy of Engineering e dall’Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), parte di UK Research and Innovation ( UKRI). Virgil Andrei ed Erwin Reisner sono Fellow del St John’s College di Cambridge.
