AUMENTANO L’EFFICIENZA DI CATTURA DELL’ENERGIA SOLARE

Bioibridi “marziani” per trasformare la CO2

Un nuovo studio dell’Università della California analizza la possibilità di utilizzare alcuni batteri su nano-fili per fare quello che fanno le piante: unire l’anidride carbonica e l’acqua con l’energia della luce solare per formare composti organici. Potrebbe avere applicazioni sia sulla Terra che sul Pianeta rosso, la cui atmosfera è in gran parte formata da CO2

     01/04/2020
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Dispositivo per catturare l’anidride carbonica e convertirla in prodotti biologici. A sinistra, la camera contenente l’ibrido nanofilo/batteri, che produce acetato dalla CO2. A destra, la camera in cui viene prodotto ossigeno. Crediti: Uc Berkeley photo by Peidong Yang

Prima di voler anche solo pensare di colonizzare il Pianeta rosso dobbiamo essere in grado di affrontare numerosi problemi. Alcuni di questi riguardano la produzione o l’estrazione in loco di quelle di risorse che è impensabile portare dalla Terra in quantità sufficienti per restare. Tra queste, e non certo all’ultimo posto, troviamo i composti organici, necessari per la produzione di carburanti, per le plastiche o per i farmaci.

Negli ultimi otto anni, un gruppo di chimici dell’Università della California e del Berkeley Lab guidati da Peidong Yang ha lavorato su una strategia che potrebbe, almeno in parte, dare un contributo per la produzione di queste risorse.

L’idea è quella di sfruttare sistemi bioibridi, ossia dispositivi che uniscono cellule biologiche e materiali sintetici per emulare qualche tipo di caratteristica di un organismo vivente. I sistemi studiati da Yang e colleghi combinano batteri e nano-fili (fili nanoscopici in silicone dallo spessore di un centesimo di capello) che possono catturare l’energia solare per trasformare anidride carbonica e acqua in molecole organiche. I nano-fili in silicone catturano la luce solare e la fanno passare attraverso i batteri che si occupano poi di fare il resto del lavoro.

«Per una missione nello spazio profondo occorre preoccuparsi del peso del carico,» dice Yang, «i sistemi biologici hanno il vantaggio che si possono riprodurre autonomamente. Non c’è bisogno di mandarne molti».

I batteri nella foresta di nano-fili. Nel grafico è mostrato l’andamento dell’efficienza di conversione nel corso di una settimana. Credits: Yang et al.

L’anidride carbonica e l’acqua devono invece essere trovate in loco. Per la prima il problema non si pone: l’atmosfera marziana è composta per circa il 96 per cento proprio da questo gas, ed è l’unica risorsa che di certo non potrà mai mancare sul Pianeta rosso. Per l’acqua si possono sfruttare i depositi sotterranei che si trovano in gran parte del pianeta e l’acqua presente sotto forma di ghiaccio nelle calotte polari.

Un grosso ostacolo di questo metodo sta nell’efficienza con cui l’energia solare è convertita in energia di legame delle molecole organiche. Cinque anni fa, quando furono mostrati i primi risultati del team di Yang, solo lo 0,4 per cento dell’energia solare incidente era convertita. Nel nuovo studio, pubblicato il 31 marzo sulla rivista Joule, i ricercatori hanno raggiunto un importante miglioramento in proposito: usando i batteri della specie Sporomusa ovata su una “foresta di nano-fili”, si è potuta ottenere un’efficienza del 3,6 per cento. In particolare, i composti formati sono molecole di acido acetico, una molecola che conosciamo molto bene perché è quella che conferisce all’aceto il suo caratteristico sapore acre. Sono molecole importanti perché possono essere sfruttate come mattoni per la costruzione di composti più complessi, dal carburante, alle plastiche, ai farmaci.

Il sistema lavora come la fotosintesi, che le piante svolgono qui sulla Terra con un’efficienza in genere molto inferiore (circa l 0,5 per cento dell’energia solare incidente è convertita), e in effetti non è affatto detto che tali bioibridi possano essere utili solo su Marte. La capacità di produrre composti organici sottraendo anidride carbonica all’atmosfera potrebbe infatti essere una valida alleata in tempi di crisi climatica.

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