Che cos'è la fotosintesi artificiale?
Le piante ottengono la loro energia in un modo molto diverso dal modo in cui le persone ottengono energia. Quando un essere umano ha bisogno di energia, mangia cibo. Quando una pianta ha bisogno di energia, utilizza il processo di fotosintesi per assorbire l'anidride carbonica dall'ambiente e usare la luce solare per convertirla in zuccheri, che è il tipo di energia di cui ha bisogno per continuare a vivere. Gli scienziati hanno lavorato per replicare il processo di fotosintesi, cercando di sfruttare l'energia del sole in un modo nuovo, efficace ed ecologico e la ricerca sulla fotosintesi artificiale ha prodotto risultati interessanti.
La capacità di produrre fotosintesi artificiale è stata annunciata per la prima volta nel 2000, sebbene la ricerca fosse stata in fase di pianificazione prima di allora. I ricercatori hanno fatto affidamento sull'effetto Honda-Fujishima, scoperto nel 1953 e che utilizza il biossido di titanio come fotocatalizzatore. Un fotocatalizzatore accelera i processi relativi alla luce e, in questo caso, all'energia.
A causa dell'interesse scientifico e commerciale per la fotosintesi artificiale e il desiderio di potenziali nuovi prodotti che potrebbero derivarne, il campo di ricerca si è diviso in due parti. Ciò ha prodotto due risultati diversi: celle fotoelettrochimiche e celle solari sensibili alla tintura. Ogni cellula opera secondo principi diversi ma cerca di ottenere lo stesso risultato: energia fotosintetica artificiale che può essere sfruttata e immagazzinata per un uso successivo, che ridurrebbe la dipendenza del mondo da fonti energetiche non rinnovabili.
Le celle fotoelettrochimiche, note anche come PEC, usano la corrente elettrica dell'acqua per creare idrogeno e ossigeno in un processo chiamato elettrolisi. L'elettricità può quindi essere immagazzinata nell'idrogeno, che è un "vettore energetico", e l'energia può essere utilizzata in seguito, ad esempio nelle batterie. Esistono due tipi di PEC, uno che utilizza superfici a semiconduttore per assorbire l'energia solare e aiutare a dividere le molecole d'acqua per un uso energetico. L'altra varietà utilizza metalli disciolti per assorbire energia solare e avviare il processo di fotosintesi artificiale. I catalizzatori metallici più comuni per questo tipo di reazione sono cobalto e rodio. I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno scoperto che questi metalli sono i più efficaci per questo tipo di lavoro.
L'altro tipo di cellula oggetto di ricerca, la cellula solare sensibilizzata con colorante, viene talvolta chiamata cellula Gratzel o cellula Graetzel. Come i PEC, le cellule di fotosintesi artificiali sensibili alla tintura usano un semiconduttore per raccogliere energia, solitamente silicio. Nelle cellule sensibili alla tintura, il semiconduttore viene utilizzato per trasportare l'energia raccolta e i fotoelettroni, o particelle di energia, vengono separati e sfruttati usando coloranti speciali. Le cellule di Gratzel sono considerate la forma più efficace di fotosintesi artificiale attualmente disponibile, nonché la più economica da produrre. Gli svantaggi sono principalmente dovuti a problemi di temperatura legati ai coloranti liquidi, poiché questi possono congelare a temperature più basse e cessare la produzione di energia, espandersi a temperature più elevate e rompersi.
La ricerca è ancora in corso nel campo della fotosintesi artificiale, in particolare alla ricerca di catalizzatori e meccanismi di trasporto dell'energia migliori. Sebbene non siano la forma più efficace di produzione di energia disponibile, vi è ancora un grande interesse a causa del loro alto potenziale di rendimento, bassi costi di produzione e possibili implicazioni per l'ambiente. Se la fotosintesi artificiale potesse essere resa accessibile e affidabile, la dipendenza del mondo dai combustibili fossili non rinnovabili potrebbe essere notevolmente ridotta.