La foglia artificiale che produce idrogeno direttamente dal sole

È allo studio una particolare forma di foglia artificiale, in grado di produrre idrogeno dall’acqua con il solo impiego della luce solare. Il gruppo di ricerca Photovoltaic and Optoelectronic Devices della università spagnola Universitad Jaume I (UJI), guidato dal professor Juan Bisquert, ha infatti messo a punto un dispositivo con materiali semiconduttori nanostrutturati, capace di generare idrogeno dall’acqua in maniera indipendente e utilizzando esclusivamente la luce solare.

Questa tecnologia, che è stata ribattezzata fotosintesi artificiale, si ispira direttamente alla fotosintesi naturale, ovvero al processo con il quale le piante utilizzano la luce solare per trasformare materiale organico in altri composti organici, liberando l'energia chimica immagazzinata nei legami della molecola adenosina trifosfato, ATP, e ottenendo composti energetici come zuccheri o carboidrati.

Secondo gli scienziati, la produzione efficiente di idrogeno utilizzando materiali semiconduttori e luce solare rappresenta un grosso passo in avanti per riuscire a soddisfare le esigenze energetiche del 21° secolo. Attualmente l'efficienza energetica del prototipo non è ancora sufficientemente grande per prenderne in considerazione la commercializzazione, ma i ricercatori della UJI stanno esplorando vari modi per migliorare i rendimenti di conversione e dimostrare così la realizzabilità del dispositivo su larga scala.

Come è noto, l'idrogeno è un ottimo combustibile ed è un elemento estremamente abbondante sulla superficie terrestre, ma si trova prevalentemente nelle molecole d’acqua, in combinazione con l'ossigeno (H₂0). In questo caso è possibile separare l’idrogeno dall’ossigeno  attraverso i fenomeni di elettrolisi, che comportano tuttavia un certo apporto di energia elettrica dall’esterno. Per ottenere una foglia elettronica in grado di produrre idrogeno senza l’impiego di elettricità, è necessario realizzare un dispositivo che si basi direttamente sull’iutilizzo dell’energia solare per provocare le reazioni chimiche necessarie per rompere l'acqua e generare idrogeno, in modo del tutto simile a quanto avviene nelle foglie delle piante.

Il dispositivo realizzato dall’Università Jaume I è un semiconduttore nanostrutturato, immerso in una soluzione acquosa che, quando viene illuminata con una sorgente di luce, forma bolle di gas idrogeno. In questa prima fase, il gruppo di ricerca ha utilizzato una soluzione con un agente ossidante e studiato l'evoluzione di idrogeno prodotto da fotoni. "Ora la sfida più grande", ha commentato Iván Mora, membro del team di sviluppo la soluzione, "è quella di comprendere il processo fisico-chimico che ha luogo all’interno del materiale semiconduttore e della sua interfaccia con il mezzo acquoso, al fine di rendere il processo di fotosintesi artificiale più efficiente ed affidabile."

Lo sviluppo della foglia artificiale rappresenta una grande sfida scientifica, a causa della difficoltà di scelta dei materiali da utilizzare nel processo, dal momento che essi devono operare in continuo, senza andare incontro al processo di decomposizione che è invece caratteristico delle foglie naturali. Attualmente, il team della Universitat Jaume I è uno dei pochi gruppi di ricerca a livello internazionale che ha dimostrato la fattibilità di un dispositivo con queste caratteristiche, insieme con i laboratori del MIT di Boston, guidati dal professor Daniel Nocera, o del NREL a Denver (US). Il leader del gruppo di ricerca, Juan Bisquert, ha dichiarato che "in confronto ad altri dispositivi, quello che è stato sviluppato dalla Universitat Jaume I ha il vantaggio di presentare bassi costi di produzione e una grande collezione di fotoni incidenti di luce, utilizzati per la produzione di fotoni di idrogeno nello spettro infrarosso. "