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Fotosintesi artificiale per produrre energia, un progetto affidato al Politecnico di Milano

Obiettivo del progetto di ricerca PHOEBUS è di produrre energia chimica pulita per poi immagazzinarla facilmente e in modo efficiente, seguendo quanto in natura fanno piante e batteri fotosintetici. Risultato finale è produrre una “foglia artificiale” che converta l’acqua in combustibili quali idrogeno e ossigeno.

Studiare il ruolo di ‘antenna solare’ di piante e batteri fotosintetici e di riprodurlo in sistemi molecolari artificiali. È questo l’obiettivo del progetto PHOEBUS, coordinato dal Politecnico di Milano.

PHOEBUS (PHOto-induced Energy flow in Bio-inspired molecular circuits probed with Ultrafast two-dimensional electronic Spectroscopy), affronta la questione della della capacità di raccogliere energia solare degli organismi fotosintetici naturali per poi tradurle in regole per il progetto di sistemi artificiali.

Si vuole produrre energia chimica pulita per poi immagazzinarla facilmente e in modo efficiente per le nostre necessità.

L’assorbimento della luce da parte delle molecole contenute in tutte le proteine degli organismi fotosintetici (pigmenti fotosintetici), dai batteri monocellulari alle piante più complesse, 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 suggerisce che il trasporto energetico nei sistemi naturali viene 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.

PHOEBUS, che fa parte del Programma Horizon2020 della Comunità Europea, è stato assegnato a Margherita Maiuri nell’ambito delle Marie-Skłovdowska Curie Action - Global Fellowships (MSCA-GF) ed è Coordinato dal Professor Giulio Cerullo del Politecnico di Milano.

I primi due anni di ricerche sono stati svolti presso i laboratori del Prof. Gregory Scholes del Dipartimento di Chimica della prestigiosa Princeton University (USA). Il terzo e ultimo anno si svolgerà presso il Politecnico di Milano.