Fotosintesi artificiale: materia organica da acqua e biossido di carbonio

Panasonic ha sviluppato un sistema di fotosintesi artificiale che converte il biossido di carbonio (CO2) in materiale organico grazie all'impiego della luce del sole. Il livello di efficienza del processo è il più alto al mondo: corrispondente allo 0,2%, è comparabile a quello degli impianti attualmente esistenti per estrarre energia dalle biomasse. Il segreto del sistema sta nell'adozione di un semiconduttore al nitruro che rende l'impianto semplice ed efficiente. Questa nuova creazione potrà essere il punto di partenza per la realizzazione di impianti che catturino il biossido di carbonio di scarto proveniente da inceneritori, impianti energetici o attività industriali e lo convertano in materiale organico. La CO2 è una delle sostanze responsabili dell'effetto serra e, per questo, vengono fatti sforzi per ridurne l'emissione a livello globale. La fotosintesi artificiale, convertendo il biossido di carbonio in materiali organici, potrebbe risolvere non solo questo problema ma anche quello dovuto al progressivo esaurimento dei combustibili fossili.

I sistemi progettati fino ad oggi erano caratterizzati da strutture complesse, come complessi organici o fotoelettrodi multipli, che rendevano difficile l'incremento dell'efficienza in risposta alla luce. L'impianto di fotosintesi artificiale di Panasonic ha una struttura semplice, con una conversione di CO2 molto efficiente, che può utilizzare la luce solare diretta o una luce diffusa. In un primo momento, si era scoperto che un semiconduttore a nitruro ha la capacità di attivare gli elettroni con una energia sufficiente alla reazione di riduzione della CO2. I semiconduttori a nitruro avevano suscitato interesse per le loro potenziali applicazioni in dispositivi ottici ed energetici ad alta efficienza per il risparmio energetico. In realtà, il loro potenziale si è rivelato capace di andare oltre all'applicazione ai diversi dispositivi; più specificamente, può essere utilizzato come fotoelettrodo per la riduzione di CO2. La struttura a film sottile del semiconduttore permette di migliorare sensibilmente le prestazioni come fotoelettrodo.

La riduzione di CO2 ha luogo su un catalizzatore metallico posizionato al lato opposto del fotoelettrodo costituito da semiconduttore al nitruro. Il catalizzatore metallico gioca un ruolo importante nel selezionare e accelerare la reazione. A questo riguardo, va notato che il sistema è costituito solo da materiali inorganici, che possono ridurre la CO2 con una bassa perdita di energia. E' per questo che la quantità di prodotto generata dalla reazione è esattamente proporzionale all'energia luminosa a differenza di quanto avviene in alcuni dei sistemi convenzionali. E' uno dei meriti di un sistema come questo, totalmente inorganico. Su questa nuova creazione, Panasonic detiene 18 brevetti nazionali e 11 brevetti internazionali, incluse applicazioni in corso di registrazione. Questa creazione è stata presentata in parte alla 19ma International Conference on the Conversion and Storage of Solar Energy tenutasi a Pasadena (USA), il 30 Luglio 2012.