Una “foglia artificiale” che produce combustibile a partire dall’anidride carbonica. È il progetto con cui il Politecnico di Torino si è aggiudicato la prima edizione dell’Environment, Sustainability & Energy Division Horizon Prize promosso dalla Royal Society of Chemistry.
Il team guidato dal professor Federico Bella del Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia – DISAT ha messo a punto un innovativo dispositivo che, imitando la fotosintesi, utilizza CO2, acqua e luce solare per produrre carburanti sostenibili e prodotti chimici a valore aggiunto. Battezzato appunto Artificial Leaf, il nuovo sistema è due volte più efficiente di quello utilizzato dalle piante in natura. Inoltre, il prototipo è stato sviluppato con materiali a basso costo invece di utilizzare metalli rari usati in altre simili sperimentazioni.

Dalla fotosintesi all’elettroriduzione: come funziona la foglia artificiale del Politecnico di Torino

Alla base della nuova tecnologia sviluppata dal Politecnico di Torino c’è la fotosintesi, ovvero la “tecnologia naturale” attraverso cui le piante convertono l’anidride carbonica in nutrimento grazie all’energia solare.
Il cuore della ricerca del professor Bella e del suo team è l’elettroriduzione della CO2, utilizzata come tecnologia chiave per produrre prodotti chimici ad alto valore aggiunto (come gli idrocarburi) o per immagazzinare energia solare. Si tratta, in breve, di una fotosintesi artificiale alimentata da un sistema fotovoltaico.
Non è certo il primo esperimento di questo tipo, ma le tipologie di dispositivi fino ad ora realizzati avevano bisogno di metalli rari come l’iridio e l’argento, materie prime critiche e dispendiose. La foglia artificiale del Politecnico punta invece a un sistema sostenibile, altamente efficiente e realizzato con materiali a basso costo e non particolarmente rari. Inoltre, i ricercatori sono riusciti a integrare i diversi sistemi necessari durante l'intero processo in un solo dispositivo, aspetto che ne semplifica la produzione. “Nel dettaglio – spiegano i ricercatori - si tratta di un elettrolizzatore che utilizza lo stesso catalizzatore a base di rame sia all'anodo che al catodo e raggiunge la riduzione di CO2 a idrocarburi (etilene ed etano) con un'efficienza energetica del 21%. Il successivo accoppiamento di questo sistema a un mini modulo fotovoltaico di perovskite all'avanguardia ha dimostrato un'efficienza del 2,3% da solare a idrocarburi, stabilendo un valore di riferimento per i sistemi elettrocatalitici economici alimentati dal sole”.

Un team internazionale al lavoro per la cattura della CO2

Il progetto Artificial Leaf è il risultato di una cordata internazionale (Sorbonne Université, École Polytechnique, ETH Zürich, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Collège de France ed École Polytechnique Fédérale de Lausanne) in cui il Politecnico di Torino ha fatto da capofila. “Hanno partecipato scienziati di sette diversi istituti da quattro Paesi – racconta il professor Bella – Un trionfo per la collaborazione transfrontaliera che si traduce in scoperte scientifiche all’avanguardia”.
La ricerca, già pubblicata sulla rivista "Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America", è stata dunque selezionata dalla Royal Society of Chemistry, storica istituzione britannica fondata nel 1841, come esempio di importante scoperta nel campo dell'ambiente, della sostenibilità e dell'energia.
Il dispositivo messo a punto dal team di Federico Bella, utilizzando CO2 come unica fonte di carbonio per produrre combustibili e prodotti chimici, potrebbe infatti costituire una soluzione sostenibile per ridurre l'accumulo di gas serra in atmosfera. "Dispositivi come questa 'pianta artificiale' ci avvicinano sempre di più a un'economia a ciclo chiuso – commenta il professor Bella - Immaginate un mondo in cui i combustibili provengono dalla stessa anidride carbonica che produciamo quando li bruciamo. Potenzialmente, potremmo fermare le emissioni di CO2 e limitare gli effetti del cambiamento climatico".