Svolta nella fotosintesi artificiale vince il premio UE per il carburante dalla luce solare
Un team di ricerca giapponese guidato dal Prof. Kazunari Domen vince un premio UE di 5 milioni di euro per aver sviluppato un sistema di fotosintesi artificiale scalabile che trasforma la luce solare e l'acqua in carburante verde. L'innovazione potrebbe alimentare veicoli e industrie in un modo climaticamente neutro
Una quantità sufficiente di luce solare colpisce la terra per soddisfare il suo intero fabbisogno energetico, offrendo la promessa di carburante a basso costo per alimentare veicoli, macchine e industrie pesanti
Un team di ricerca guidato dall'Università di Tokyo ha vinto questo mese un premio di 5 milioni di euro dell'Unione europea per aver ideato un nuovo modo per produrre carburante abbondante ed economico dalla luce solare.
In the scramble to find alternatives to fossil fuels, the EU competition aimed to accelerate development of one of the most promising new technologies – artificial photosynthesis – in a spirit of fostering international collaboration over the most promising clean-energy pathsBig potential
La tecnologia imita la fotosintesi naturale in cui le piante utilizzano i raggi del sole per trasformare l'acqua in ossigeno e l'anidride carbonica in energia chimica sotto forma di glucosio.
La fotosintesi artificiale utilizza la luce solare per scindere l'acqua in ossigeno e idrogeno. L'ossigeno viene rilasciato nell'atmosfera e l'idrogeno può essere utilizzato come carburante.
'La fotosintesi artificiale ha il potenziale per fornire un'enorme quantità di carburante verde', ha dichiarato il professor Kazunari Domen, coordinatore del team vincitore, in un'intervista dopo che la Commissione europea ha annunciato il premio il 5 dicembre a Bruxelles.
Composto da scienziati dell'Università di Tokyo e della società energetica giapponese INPEX, il team è stato tra i 22 candidati al premio Fuel from the Sun ed è entrato nella lista ristretta di tre finalisti prima di uscire vincitore. I due secondi classificati provenivano da Francia e Gran Bretagna.
Il concorso si è svolto nell'ambito di un'iniziativa globale chiamata Mission Innovation, che riunisce 24 paesi e sta stimolando attività di ricerca e investimenti nel tentativo di rendere l'energia pulita universalmente accessibile e conveniente.
'Il premio è stato assegnato al team vincitore per l'alto grado di ingegneria professionale e integrazione', ha affermato la Commissione.
Se la fotosintesi artificiale può essere realizzata a un costo sufficientemente basso, potrebbe sostituire petrolio, gas naturale e carbone per tutti i tipi di veicoli, macchine e industrie, comprese le sostanze chimiche che non possono essere alimentate solo da elettricità rinnovabile.
Sebbene la luce solare sia abbondante e gratuita, molti dei metodi per convertirla in carburante sono troppo costosi - o troppo difficili da scalare - per competere con i combustibili fossili.
Test del motore
Il prototipo dei vincitori ha il potenziale per essere sia economico che facilmente scalabile.
I concorrenti hanno dovuto sviluppare un dispositivo che utilizzasse la fotosintesi artificiale per creare abbastanza carburante da alimentare un piccolo motore. I dispositivi sono stati fatti funzionare all'aperto e testati per la quantità di carburante prodotta, la sua composizione e la sua capacità di alimentare il motore.
Il sistema vincitore utilizzava fotocatalizzatori a contatto con acqua pura.
I fotocatalizzatori sono particelle ultrafini che assorbono l'energia del sole e innescano la scissione dell'acqua. L'idrogeno risultante è stato poi combinato con l'anidride carbonica per produrre metano, che è stato utilizzato per far funzionare il motore.
Poiché i fotocatalizzatori sono un modo semplice per convertire la luce solare in energia chimica, offrono la speranza di produrre idrogeno verde a basso costo, ha affermato il Prof. Domen, professore presso l'Università di Tokyo e l'Università di Shinshu.
Idrogeno verde
La sfida del concorso era costruire un prototipo completamente funzionante di un sistema basato sulla fotosintesi artificiale in grado di produrre un carburante sintetico utilizzabile.
'Il nostro progetto finora si è concentrato sulla produzione di idrogeno, ma grazie a questa competizione abbiamo acquisito importanti conoscenze sulla sintesi di carburanti verdi come il metano, che sono più favorevoli per lo stoccaggio e il trasporto', ha affermato il Prof. Domen.
L'idrogeno prodotto nel sistema vincitore può essere considerato verde, ha detto.
Oggi l'idrogeno verde, prodotto con energia rinnovabile tra cui solare ed eolico, rappresenta meno dell'1% del totale dell'idrogeno prodotto, secondo l'Agenzia internazionale dell'energia.
L'attuale costo di produzione dell'idrogeno verde è così elevato che l'attività non è redditizia senza il sostegno del governo, secondo il Prof. Domen.
La priorità del suo team ora è trovare un fotocatalizzatore più efficace.
Il dispositivo vincitore ha raggiunto un'efficienza di circa lo 0,6% – il che significa che circa il 99% dell'energia è andata persa. Per rendere tale carburante commercialmente sostenibile, il catalizzatore dovrà fornire almeno il 5% di efficienza, ha affermato il Prof. Domen.
'Abbiamo già trovato diversi materiali candidati che possono fornire un'efficienza del 5% o persino del 10%', ha detto. 'Quindi credo che possiamo raggiungere questo obiettivo nel prossimo futuro.'
Ostacoli di mercato
Se avrà successo, il team dovrebbe essere in grado di superare le rimanenti barriere alla commercializzazione nel giro di anni - piuttosto che decenni - in collaborazione con i partner industriali, ha detto.
Un ostacolo che il Prof. Domen è fiducioso di superare è quello normativo.
Sebbene la combinazione di idrogeno e ossigeno sia 'esplosiva', ha detto, 'sappiamo come gestire la miscela in sicurezza.'
Un altro ostacolo è lo sviluppo di reattori economici e il miglioramento della separazione dell'idrogeno dalla miscela.
Se avrà successo, gli impianti di produzione finali comprenderanno contenitori molto sottili di acqua e fotocatalizzatori, che sono esposti alla luce solare.
Circa 10.000 impianti, ciascuno esteso su 25 chilometri quadrati, dovrebbero essere costruiti entro il 2050 per soddisfare un terzo del fabbisogno energetico mondiale, secondo il Prof. Domen.
Prospettive di profitto
'Molte persone del settore mi hanno detto che se possono guadagnare, allora 10.000 impianti non sono impossibili', ha detto. 'Dipende davvero dal fatto che possano guadagnare o meno.'
Nel frattempo, mentre il suo team corre per trovare un fotocatalizzatore più efficace, il Prof. Domen afferma che il premio Fuel from the Sun aiuterà a trasformare gli scettici del metodo in sostenitori dello stesso.
«La maggior parte delle persone non crede che i fotocatalizzatori possano funzionare», ha detto.
Originally published in Horizon Magazine.Image credit: tawatchai07 / Freepik.Tags: artificial photosynthesis, Fuel from the Sun prize, green hydrogen, photocatalyst innovation, Kazunari Domen, University of Tokyo, INPEX, solar fuel, Mission Innovation, renewable energy fuel