Rubrica: Energia
Titolo o argomento: Copiare le piante per trasformare l’anidride carbonica in energia
Questo articolo segue da:
Vedi i “link correlati” riportati in basso.
La cella fotosintetica, che è una sorta di foglia artificiale creata in laboratorio, sfrutta una dinamica parallela a quella delle piante, una reazione detta di “riduzione” ovvero l’opposto della reazione di “ossidazione” o della “combustione”, per produrre Syngas (ovvero gas di sintesi). Il Syngas altro non è che una miscela di idrogeno, monossido di carbonio, minime qunatità di metano e di biossido di carbonio, esso può essere usato direttamente come combustibile oppure trasformato in gasolio o in diversi idrocarburi. La reazione di riduzione che porta al Syngas deve essere guidata da appositi catalizzatori; fino a non molto tempo fa sono stati utilizzati catalizzatori piuttosto costosi (vedi ad esempio l’argento) i quali, però, si sono rivelati inefficienti.
La situazione è cambiata decisamente quando si sono iniziati ad utilizzare, in qualità di catalizzatori, composti nanostrutturati denominati TMDC (Transition Metal Dichalcogenides, in italiano, metalli di transizione dicalcogenuri, ovvero trattasi di materiali nanostrutturati 2D che, come gli appassionati del tema sapranno già bene, mostrano proprietà fisiche un tempo impensabili) abbinandoli ad un elettrolita costituito da un liquido ionico non convenzionale all’interno di una cella elettrochimica a 2 comparti e 3 elettrodi. Il catalizzatore che ha restituito i risultati migliori è stato il tungsteno diselenide nella forma nanometrica non perfettamente piana definita nanoflake (nanoflake tungsten diselenide). Quest’ultimo è molto attivo, capace di rompere i legami chimici dell’anidride carbonica e di raggiungere prestazioni sorprendenti se si pensa che è 1000 volte più veloce dei catalizzatori costituiti da metalli nobili ed è circa 20 volte più economico.
In realtà non è la prima volta che si usano catalizzatori di tipo TMDC. Altri ricercatori l’hanno già fatto ad esempio per ricavare idrogeno, ma mai per la riduzione dell’anidride carbonica. Questo perché il catalizzatore, da solo, non riesce a “sopravvivere” alla reazione in quanto i suoi siti attivi vengono avvelenati e ossidati. Invece, utilizzando un fluido ionico denominato etil-metilimidazolio tetrafluoroborato (ethyl-methylimidazolium tetrafluoroborate), mescolato al 50% con acqua, si genera un co-catalizzatore che conserva attivi i siti del TMDC anche nelle condizioni più difficili di riduzione.
La foglia artificiale realizzata dai ricercatori dell’UIC è costituita da celle fotovoltaiche (di silicio, a tripla giunzione) incaricate di raccogliere la luce, catalizzatore (tungsteno diselenide) e co-catalizzatore (etil-metilimidazolio tetrafluoroborato) posti sul catodo, infine ossido di cobalto in un elettrolita di fosfato di potassio posti sull’anodo. Quando la luce investe le celle fotovoltaiche, idrogeno e monosssido di carbonio vengono sprigionati dal catodo mentre ossigeno libero e ioni di idrogeno sono emessi dall’anodo. Gli ioni di idrogeno poi diffondono attraverso una membrana posta al lato del catodo e partecipano alla riduzione dell’anidride carbonica.
I risultati lasciano ben sperare per nuovi impieghi dei TMDC (metalli di transizione dicalcogenuri) i quali, assieme a quelli offerti dal grafene, rappresentano un passaggio definitivo ad una nuova era della ricerca scientifica-tecnologica in ambiti di rilievo come l’ambiente, l’energia, la medicina.
Fonte:
University of Illinois at Chicago – www.uic.edu
Elenco dei catalizzatori disponibile su: science.sciencemag.org
Che cos’è l’ossidoriduzione?
In questa breve rubrica si parla di ossidare, ridurre, ossidoriduzione per chi ne fosse a digiuno ne diamo una definizione piuttosto basilare che merita, naturalmente, tutti i dovuti approfondimenti da parte del lettore.
In chimica le reazioni di ossidoriduzione sono quelle in cui si ha uno scambio di elettroni tra una specie chimica e l’altra (cambia quindi il numero di ossidazione degli atomi). Tipici fondamentali esempi di reazioni di ossidoriduzione sono la respirazione e la fotosintesi clorofilliana. Con il termine “ossidazione” si intende che la specie chimica perde elettroni, mentre con il termine “riduzione” (dal latino re-ducedere ovvero riportare) si intende che la specie chimica acquisisce elettroni.
Es. 1
Processo fotosintetico
6CO2 + 6H2O + Energia solare → C6H12O6 + 6O2
Es. 2
Respirazione cellulare
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Energia (ATP)
Link correlati
Fotosintesi clorofilliana
Fotosintesi clorofilliana: Fase luminosa e fase oscura
Rendimento della fotosintesi e dei pannelli fotovoltaici
La respirazione – Il processo inverso della fotosintesi
Produrre l’idrogeno attraverso la fotosintesi
Che cos’è una cella Fotosintetica?
Celle Fotosintetiche: Trasformare la CO2 in idrocarburi
Celle Fotosintetiche: Processo di trasformazione della CO2
Che cos’è una cella Fotovoltaica?
