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Energia pulita con la fotosintesi artificiale: entra nel vivo il progetto PHOEBUS

Energia pulita con la fotosintesi artificiale: entra nel vivo il progetto PHOEBUS

Produrre energia chimica pulita e immagazzinarla in modo efficiente imitando il processo naturale di fotosintesi delle piante. È questo l’obiettivo del progetto di ricerca PHOEBUS (PHOto-induced Energy flow in Bio-inspired molecular circuits probed with Ultrafast two-dimensional electronic Spectroscopy), coordinato da Politecnico di Milano e finanziato dalla Commissione Europea con una borsa Marie Skłodowska-Curie Global Fellowships (MSCA-GF) a Margherita Maiuri. Dopo due anni di ricerche svolte presso i laboratori del Dipartimento di Chimica della Princeton University negli Stati Uniti, gli studi saranno condotti per il prossimo biennio presso il Politecnico di Milano, sotto il coordinamento di Giulio Cerullo.

Il progetto ha l’intento di studiare a fondo i meccanismi molecolari legati alla fotosintesi delle piante per arrivare alla produzione di circuiti molecolari artificiali capaci di imitare questo ingegnoso meccanismo naturale di produzione dell’energia. L’assorbimento della luce da parte delle molecole contenute negli organismi fotosintetici, ad esempio, avviene in frazioni infinitesimali di secondo. L’iniziale foto-eccitazione causata dalla luce solare viene dispersa istantaneamente su tutte le molecole foto-eccitate ed è trasmessa alla “centrale elettrica” dell’organismo fotosintetico attraverso una catena di pigmenti.

Per raggiungere i suoi risultati, PHOEBUS ha fotografato questi meccanismi grazie a sofisticati strumenti che hanno permesso di generare flash luminosi dalle durate infinitesimali. Le tecniche di generazione e sviluppo di sorgenti laser a femtosecondi (1 femtosecondo corrisponde a un milionesimo di miliardesimo di secondo), disponibili presso i laboratori del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, hanno permesso di osservare in tempo reale i primi istanti temporali che si susseguono all’eccitazione solare in organismi batterici elementari.

Dopo due anni di studi, il progetto PHOEBUS ha dimostrato che il trasporto energetico nei sistemi naturali è governato dalle leggi della meccanica quantistica, tramite una sofisticata architettura molecolare che incanala in modo estremamente efficiente l’energia solare verso la centrale elettrica molecolare, dove viene utilizzata per convertire l’anidride carbonica in zuccheri, che servono da “carburante” delle molecole.

PHOEBUS ha studiato organismi naturali complessi, come le alghe, e nuovi sistemi artificiali, mai sintetizzati prima. In questi sistemi artificiali le molecole foto-attive vengono connesse attraverso legami chimici per imitare la struttura dei pigmenti nelle proteine fotosintetiche e quindi riprodurre gli effetti del processo di fotosintesi in laboratorio. L’obiettivo finale è la produzione di una “foglia artificiale” che converta l’acqua in combustibili quali idrogeno e ossigeno e allo stesso tempo pulisca l’atmosfera, riducendo la concentrazione di anidride carbonica.

Data pubblicazione 11/09/2017
Fonte Politecnico di Milano
Tag Scienze fisiche e ingegneria , Smart Communities