I ricercatori hanno sviluppato un dispositivo autonomo che converte la luce solare, l’anidride carbonica e l’acqua in un combustibile a emissioni zero, senza richiedere componenti aggiuntivi o elettricità. Il dispositivo, sviluppato da un team dell’Università di Cambridge, è un passo significativo verso il raggiungimento della fotosintesi artificiale, un processo che imita la capacità delle piante di convertire la luce solare in energia.
Il processo si basa su una tecnologia avanzata del “foglio fotografico” e converte la luce solare, l’ anidride carbonica e l’acqua in ossigeno e acido formico, un combustibile immagazzinabile che può essere utilizzato direttamente o convertito in idrogeno. I risultati, riportati sulla rivista Nature Energy, rappresentano un nuovo metodo per la conversione dell’anidride carbonica in combustibili puliti. Il dispositivo wireless potrebbe essere ampliato e utilizzato in “fattorie” energetiche simili ai parchi solari, producendo carburante pulito utilizzando luce solare e acqua.
La raccolta dell’energia solare per convertire l’anidride carbonica in combustibile è un modo promettente per ridurre le emissioni di carbonio e abbandonare i combustibili fossili. Tuttavia, è difficile produrre questi combustibili puliti senza sottoprodotti indesiderati. “È stato difficile ottenere la fotosintesi artificiale con un alto grado di selettività, ossia convertire quanta più luce solare possibile in carburante piuttosto che lasciare molti rifiuti”, ha detto il primo autore Dr. Qian Wang del Dipartimento di Chimica di Cambridge.
“Inoltre, lo stoccaggio dei combustibili gassosi e la separazione dei sottoprodotti possono essere complicati: vogliamo arrivare al punto in cui possiamo produrre in modo pulito un combustibile liquido che possa anche essere facilmente immagazzinato e trasportato”, ha affermato il professor Erwin Reisner, autore senior della ricerca.
Combustibile pulito su larga scala attraverso un piccolo dispositivo
Nel 2019, i ricercatori del gruppo di Reisner hanno sviluppato un reattore solare basato su un design a “foglia artificiale”, che utilizza anche la luce solare, l’anidride carbonica e l’acqua per produrre un combustibile, noto come syngas. La nuova tecnologia sembra e si comporta in modo abbastanza simile alla foglia artificiale, ma funziona in modo diverso e produce acido formico.
Mentre la foglia artificiale utilizzava componenti da celle solari, il nuovo dispositivo non richiede questi componenti e si basa esclusivamente su fotocatalizzatori incorporati su un foglio per produrre un cosiddetto foglio fotocatalizzatore. I fogli sono costituiti da polveri semiconduttori, che possono essere preparati in grandi quantità in modo semplice ed economico.
Inoltre, questa nuova tecnologia è più robusta e produce carburante pulito che è più facile da immagazzinare e mostra il potenziale per la produzione di prodotti combustibili su larga scala. L’unità di prova ha una dimensione di 20 centimetri quadrati, ma i ricercatori dicono che dovrebbe essere relativamente semplice ridimensionarla fino a diversi metri quadrati. Inoltre, l’acido formico può essere accumulato in soluzione ed essere convertito chimicamente in diversi tipi di carburante.
“Siamo rimasti sorpresi dal modo in cui ha funzionato in termini di selettività: non ha prodotto quasi nessun sottoprodotto”, ha detto Wang. “A volte le cose non funzionano come ti aspettavi, ma questo è stato un raro caso in cui effettivamente ha funzionato meglio.”
L’efficienza è da migliorare, ma i ricercatori già sono al lavoro per ottimizzare il sistema
Il catalizzatore a base di cobalto che converte l’anidride carbonica è facile da realizzare ed è relativamente stabile. Sebbene questa tecnologia sarà più facile da scalare rispetto alla foglia artificiale, le efficienze devono ancora essere migliorate prima di poter prendere in considerazione qualsiasi distribuzione commerciale. I ricercatori stanno sperimentando una gamma di catalizzatori differenti per migliorare sia la stabilità che l’efficienza.
I risultati attuali sono stati ottenuti in collaborazione con il team del professor Kazunari Domen dell’Università di Tokyo, coautore dello studio. I ricercatori stanno ora lavorando per ottimizzare ulteriormente il sistema e migliorare l’efficienza. Inoltre, stanno esplorando altri catalizzatori da utilizzare sul dispositivo per ottenere diversi combustibili solari. “Ci auguriamo che questa tecnologia apra la strada verso una produzione di combustibile solare sostenibile e pratica”, ha affermato Reisner.
