Se gli esseri umani potessero sfruttare la fotosintesi — essenzialmente, la fabbrica di cibo delle piante — potrebbero, in teoria, catturare il carbonio e produrre idrogeno, entrambi potenzialmente utili nella lotta contro il cambiamento climatico. Assorbire il carbonio potrebbe rallentare il cambiamento climatico, e produrre idrogeno in modo efficiente potrebbe creare un’alternativa ai combustibili fossili che producono CO2.
Capire come sfruttare la fotosintesi
La “fabbrica” naturale delle piante è sia elegante che efficiente: assorbono energia dal sole per trasformare anidride carbonica e acqua in zucchero e ossigeno che le sostiene. Anche se in teoria sembra semplice, è incredibilmente difficile da realizzare in pratica. Gli scienziati hanno cercato per decenni di ricreare il processo. Ora, un team di ricercatori ha riportato su Nature Chemistry di aver compiuto un passo iniziale cruciale.
Perché questo processo naturale apparentemente semplice è stato così difficile da imitare in laboratorio? Essenzialmente, la macchina biochimica che alimenta la “fabbrica” delle piante è piuttosto complessa. Il processo, che avviene all’interno delle cellule vegetali, richiede molti passaggi che coinvolgono vari coloranti, proteine e altre molecole.
Impilare i passaggi
Per ricreare alcuni di questi passaggi, il team di scienziati provenienti da Corea e Germania ha letteralmente adottato un approccio “a strati”. Hanno costruito quattro “strati” molecolari di coloranti che imitano quelli presenti naturalmente nelle cellule vegetali. Lo stack di coloranti assorbe la luce a un’estremità, la filtra essenzialmente in cariche separate e poi invia quell’energia passo dopo passo attraverso lo stack tramite elettroni.
“Possiamo specificamente innescare il trasporto di carica in questa struttura con la luce e lo abbiamo analizzato in dettaglio,” ha detto Leander Ernst, uno studente laureato alla Julius-Maximilians-Universität (JMU) di Würzburg e co-autore dello studio, in un comunicato stampa. “È efficiente e veloce. Questo è un passo importante verso lo sviluppo della fotosintesi artificiale.”
Questo è l’aspetto dello stack di quattro coloranti sintetizzati a Würzburg. Rappresenta un ulteriore passo verso la fotosintesi artificiale perché assorbe l’energia luminosa e la trasferisce rapidamente ed efficientemente nello stack.
Portarlo più in alto
Qual è il prossimo passo? I ricercatori intendono espandere il “nanosistema” di molecole di colorante impilate, come aggiungere più piani a un grattacielo. La speranza è che costruire lo stack molecola per molecola (dopo, ovviamente, aver identificato e sintetizzato ciascuna) creerà alla fine un “filo supramolecolare”. Questa torre di molecole accuratamente costruita potrebbe, teoricamente, assorbire l’energia luminosa e trasferirla rapidamente ed efficientemente su distanze maggiori. Un complesso stack delle giuste molecole, stratificato correttamente, potrebbe infine imitare ciò che le piante fanno così naturalmente.