Il dibattito energetico e la sempre maggiore esigenza di fare appello alle energie rinnovabili, in un crescendo di consapevolezza ambientale, portano con sé la necessità di sviluppare strategie innovative per l’utilizzo di fonti a minor impatto ambientale. Prendiamo l’energia solare, che vede l’alba di un possibile sfruttamento diretto nel 1941, anno in cui furono brevettati i pannelli solari. Il loro funzionamento è basato sull’utilizzo di materiali semiconduttori che, se eccitati dalla luce, sviluppano elettroni liberi generando da ultimo una corrente elettrica.
Tali pannelli hanno però limitazioni sia a livello tecnico sia a livello pratico, implicando costi elevati. Bisogna ricordare che l’energia solare è sì una fonte illimitata ma è anche diffusa e intermittente, il che ne rende più complicata la fruizione. La sfida per le future generazioni è quindi quella di realizzare un sistema di cattura dell’energia solare che permetta di sfruttare in modo più efficace ed efficiente lo spettro radiante.
Un suggerimento in tal senso può arrivare dal mondo naturale e in particolare dallo studio del complesso fotosintetico dei batteri verdi nei quali l’adattamento alla vita a profondità rilevanti e in ambienti proibitivi ha comportato alla formazione di un tipo di “antenna” estremamente efficiente.
Le fasi che scandiscono il processo fotosintetico prevedono la raccolta dell’energia luminosa radiante tramite strutture chimiche complesse, che nei batteri sono chiamate clorosomi, costituite di pigmenti fotosintetici in grado di convogliare l’energia radiante verso il centro di reazione dove verrà utilizzata, attraverso una complessa serie di reazioni, per creare ATP; quest’ultima è la forma molecolare in cui viene immagazzinata l’energia necessaria per le diverse funzioni dell’organismo.
Da studi sui clorosomi dei batteri verdi è emerso come questi manchino di proteine strutturali (presenti invece nei sistemi-antenna di piante e alghe): i pigmenti fotosintetici tendono infatti ad assemblarsi spontaneamente in una struttura capace di trasferire l’energia luminosa.
I ricercatori del PARC (Photosynthetic Antenna Research Center) dell’Università di Washington si sono impegnati nello studio di questi fotosistemi per creare delle imitazioni artificiali dei clorosomi, in grado di svolgere la loro stessa funzione, compiendo così un significativo passo avanti nell’utilizzo dell’energia solare.
La prima fase del lavoro consisteva nel creare dei pigmenti sintetici analoghi a quelli naturali. Il fulcro di tali molecole sta in macrocicli eterociclici aromatici in grado di legare atomi metallici. In particolare nei batteri verdi il macrociclo è la batterioclorina, molto simile alla clorina ma con due anelli pirrolici ridotti (in quest’ultima è solo uno ad essere ridotto). Jon Lindsey, professore di chimica all’Università di stato della North Carolina, è riuscito a sintetizzare clorina, dando così un grande contribuito alla ricerca. In seguito, Olga Mass, collaboratrice nei laboratori di Lindsey, è riuscita a sintetizzare trenta tipi di clorina aggiungendo o rimuovendo gruppi chimici (in particolare gruppi ossidrilici e carbonilici e alcuni gruppi laterali che giocano un ruolo chiave nel processo di “impacchettamento molecolare”) così che le molecole si assemblassero nel modo più funzionale possibile.
I pigmenti così ottenuti sono stati ridotti in polvere e spediti a due differenti laboratori (il laboratorio di Holten all’Università di Washington e quello di Bocian all’Università della California) per i test di aggregazione in soluzione e per quelli relativi alle proprietà vibrazionali delle molecole assemblate.
Dai risultati ottenuti si deduce che alcuni pigmenti sono in grado di dare vita ad aggregati di una certa estensione. Il passo successivo è stato quello di dimostrare che le molecole possono anche aggregarsi sulle superfici, il che rappresenta un rilevante contributo in vista del loro utilizzo mella realizzazione di pannelli solari più efficienti.
Il lavoro di Holten, Lindsey e dei loro collaboratori e colleghi del PARC, ha permesso di sviluppare importanti conoscenze nel campo delle energie rinnovabili, senza nessuna pretesa di rivoluzionare la situazione energetica attuale ma offrendo spunti importanti che potranno un giorno portare a valide soluzioni in campo energetico, ingegneristico e ambientale.
