Ricercatori del Centro di Ricerca sui Frontiere dell'Energia presso l'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill hanno realizzato un sistema che, secondo quanto affermato, converte l'energia solare in combustibile idrogeno.

“I cosiddetti ‘combustibili solari come l'idrogeno offrono una soluzione per immagazzinare energia da utilizzare di notte, prendendo spunto dalla fotosintesi naturale”, ha dichiarato il ricercatore capo Tom Meyer, professore distinto di chimica presso la Facoltà di Scienze e Arti dell'UNCS. “I nostri nuovi risultati potrebbero rappresentare l'ultimo grande tassello di un puzzle per un nuovo modo di immagazzinare l'energia solare – potrebbero essere il punto di svolta per un futuro basato sull'energia solare”.”

Battezzato cella di fotoelettrosintesi sensibilizzata da colorante (DSPEC), il nuovo sistema – progettato da Meyer e dai suoi colleghi all'UNC e dal gruppo di Greg Parsons alla North Carolina State University – genera combustibile idrogeno sfruttando l'energia solare per dividere l'acqua nelle sue componenti. Dopo la scissione, l'idrogeno viene sequestrato e immagazzinato, mentre il sottoprodotto ossigeno viene rilasciato nell'aria.

“Ma dividere l'acqua è estremamente difficile”, ha dichiarato Meyer in una nota. ”Bisogna sottrarre quattro elettroni a due molecole d'acqua, trasferirli altrove e produrre idrogeno; e una volta fatto questo, bisogna mantenere idrogeno e ossigeno separati. Progettare molecole capaci di fare tutto ciò rappresenta una sfida davvero grande che abbiamo cominciato a superare”.”

Il design di Meyer prevede due componenti fondamentali: una molecola e una nanoparticella. La molecola, un insieme cromoforo-catalizzatore, assorbe la luce solare e attiva il catalizzatore per sottrarre elettroni all'acqua. La nanoparticella, a cui sono ancorati migliaia di insiemi cromoforo-catalizzatore, fa parte di un film di nanoparticelle che trasportano gli elettroni lontano per produrre idrogeno.

Secondo l'UNC-Chapel Hill, anche con i migliori tentativi, il sistema si guastava sempre perché o l'insieme cromoforo-catalizzatore si staccava dalle nanoparticelle oppure gli elettroni non riuscivano a essere trasportati abbastanza rapidamente da produrre idrogeno.

Per risolvere entrambi questi problemi, Meyer si è rivolto al gruppo di Parsons alla NCSU per utilizzare una tecnica che ricopre la nanoparticella con uno strato sottile di biossido di titanio.

Utilizzando strati ultra-sottili, i ricercatori hanno scoperto che la nanoparticella poteva trasportare gli elettroni molto più rapidamente rispetto a prima, con gli elettroni liberati disponibili per produrre idrogeno. Hanno inoltre individuato il modo per realizzare un rivestimento protettivo che mantiene saldamente l'insieme cromoforo-catalizzatore sulla nanoparticella, garantendo così che l'insieme rimanesse sulla superficie.

Con gli elettroni che scorrono attraverso la nanoparticella e il collegamento stabilizzato, il nuovo sistema di Meyer riesce a convertire l'energia solare in combustibile senza richiedere quasi nessuna energia esterna per funzionare.

L'infrastruttura necessaria per installare questi convertitori da luce solare a combustibile è già alla portata, basandosi su tecnologie esistenti. Un obiettivo successivo è quello di utilizzare lo stesso approccio per ridurre l'anidride carbonica in un combustibile a base di carbonio, come il formiato o il metanolo.

“Quando si parla di alimentare un pianeta con energia immagazzinata in batterie, non è affatto pratico”, ha detto Meyer. ”Si scopre che il modo più denso di energia per immagazzinare energia sono i legami chimici delle molecole. Ed è proprio ciò che abbiamo fatto – abbiamo trovato una risposta grazie alla chimica”.”