Foglie artificiali contro il riscaldamento globale

Una nuova, innovativa cella solare in grado di convertire l’anidride carbonica dell’atmosfera in combustibile utilizzabile è stata sviluppata dagli scienziati dell’Università dell’Illinois, a Chicago.

La cella solare molto efficiente utilizza solo l’energia solare per la conversione. In un unico processo risolve l’inquinamento atmosferico e produce energia pulita a costi bassi e in modo efficiente.

I risultati dello studio pubblicati rivista ‘Science’ dicono che le celle solari tradizionali sfruttano la luce solare e la trasformano in energia elettrica che viene poi immagazzinata nelle batterie. La nuova cella solare svolge una funzione simile a quella delle piante producendo direttamente combustibile dall’anidride carbonica atmosferica.

Un impianto completo di queste “foglie artificiali” è in grado di produrre in modo efficiente del carburante ad alta densità energetica con l’estrazione di grandi quantità di anidride carbonica dall’atmosfera, dice lo studio.

Diversamente dalle piante che producono carburante in forma di zucchero, la foglia artificiale produce gas di sintesi. Questo gas sintetico, noto anche come syngas, è una combinazione di ossido di carbonio e idrogeno. Il gas può essere convertito in idrocarburi, quali gasolio, oppure può essere bruciato direttamente.

La nuova cella solare non è di tipo fotovoltaico, ma fotosintetica. Invece di produrre energia in un insostenibile percorso a senso unico dai combustibili fossili a emissioni di gas serra, inverte il processo e ricicla il carbonio atmosferico trasformandolo in combustibile con la luce del sole.

L’anidride carbonica può essere convertita in una forma infiammabile di carbonio utilizzando reazioni chimiche conosciute come reazioni di riduzione.

La riduzione si contrappone alle reazioni di ossidazione o combustione.

Per ottenere la riduzione della CO2 gli scienziati hanno preso in considerazione diversi catalizzatori. Alcuni erano inefficienti, altri, come l’argento, troppo costosi.

“Quello che ci serviva era una nuova famiglia di sostanze chimiche con proprietà straordinarie”, ha detto Salehi-Khojin, che con la sua squadra ha realizzato il gas di sintesi a costi equiparabili a quelli di un barile di petrolio.

Salehi-Khojin ed il suo team hanno usato dei nanomateriali, chiamati dicalcogenuri dei metalli di transizione (TMDCs), un gruppo di composti nanostrutturati, per la conversione. Hanno unito i TMDCs con un fluido ionico poco ortodosso, al posto di un elettrolita, in celle elettrochimiche a tre elettrodi con due scomparti.

Il liquido ionico è stato mescolato al 50% con acqua per preservare il catalizzatore durante le reazioni di riduzione.

Tra i numerosi catalizzatori che la squadra ha esplorato il tungsteno diselenide in nano fiocchi ha dimostrato di essere il migliore, dato che riesce a rompere facilmente e velocemente i legami chimici della CO2, oltre ad essere 20 volte più economico e 1000 volte più veloce dei catalizzatori di metallo prezioso.

La foglia artificiale sviluppata dagli scienziati raccoglie la luce del sole utilizzando due cellule di silicio a tripla giunzione che misurano 18 centimetri quadrati ciascuna.

Quando la cella riceve la luce solare, monossido di carbonio e idrogeno vengono prodotti nel catodo, mentre liberi ioni di idrogeno e ossigeno vengono prodotti nell’anodo.

Salehi-Khojin ha detto che il metodo deve essere adattato per uso su larga e piccola scala, nei parchi solari e nelle applicazioni.

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