Fotosintesi artificiale

Un device per la fotosintesi artificiale che si migliora in autonomia

Creato in laboratorio un dispositivo di fotosintesi artificiale auto-migliorante
Un device per la fotosintesi artificiale che si migliora in autonomia FASTWEB S.p.A.

I dispositivi che imitano il processo naturale della fotosintesi, in cui le piante usano la luce solare per trasformare l'acqua e l'anidride carbonica in energia, potrebbero un giorno aiutarci ad affrontare una serie di problemi ambientali. Gli scienziati hanno ora dimostrato un nuovo tipo di tecnologia che non solo può replicare questo processo per produrre combustibile idrogeno pulito, ma può subire cambiamenti morfologici durante l'uso che lo rendono più efficiente nel tempo.

La ricerca è stata condotta dagli scienziati dell'Università del Michigan (UM) e del Lawrence Livermore National Laboratory, che stavano lavorando con un dispositivo di fotosintesi artificiale precedentemente sviluppato dall'ingegnere della UM, Zetian Mi. Il dispositivo prometteva una forma più pulita di produzione di idrogeno, che in genere comporta l'utilizzo di gas naturale o energia elettrica, sfruttando invece la luce solare per scindere l'acqua dolce e salata e generare idrogeno da utilizzare nelle celle a combustibile.

Costruito in silicio e nitruro di gallio, materiali comunemente usati nell'elettronica e nelle celle solari, il dispositivo offriva un'impressionante efficienza da energia solare a idrogeno del 3%, rispetto all' 1% di efficienza offerta dai dispositivi precedenti. Il team ha ottenuto questo risultato attraverso una sorta di "paesaggio urbano" di torri di nitruro di gallio su un supporto di silicio che ha trasformato la luce solare in elettroni liberi, che a loro volta hanno diviso l'acqua in idrogeno e ossigeno.

Questi risultati sono stati pubblicati nel 2018, ma gli scienziati hanno continuato a studiare il dispositivo per comprendere meglio le ragioni alla base della sua efficienza superiore. Nell'ultimo studio, il team ha utilizzato una serie di tecniche avanzate di microscopia e spettroscopia per osservare i materiali in azione e ha scoperto alcune sorprese.

Mentre normalmente ci si aspetta che un dispositivo di fotosintesi artificiale diminuisca le prestazioni nel giro di poche ore man mano che i materiali si consumano, questo in realtà è diventato più efficiente nel tempo.

Le osservazioni degli scienziati hanno rivelato che mentre il sistema veniva utilizzato, le cime delle torri di nitruro di gallio formavano nuovi siti per la produzione di idrogeno assorbendo ossigeno e assumendo nuove proprietà, diventando un materiale noto come ossinitruro di gallio.

"Abbiamo scoperto una proprietà insolita nel materiale che gli consente di diventare più efficiente e stabile", afferma Francesca Toma, autore senior dell'articolo. “La nostra scoperta è un vero punto di svolta. Non ho mai visto una tale stabilità."

Per i loro prossimi passi, gli scienziati sperimenteranno il materiale come parte di una cella foto-elettrochimica completa per la scissione dell'acqua, che includerà l'esplorazione di come materiali simili potrebbero rendere questi sistemi ancora più stabili.

"La collaborazione ha aiutato a identificare i meccanismi fondamentali alla base del perché questo materiale diventa più robusto ed efficiente invece di degradarsi", afferma Mi. "I risultati di questo lavoro ci aiuteranno a progettare e costruire dispositivi di fotosintesi artificiale più efficienti a un costo inferiore".

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature Materials.

Fonte: newatlas.com
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