Fotosintesi per produrre metano, ecco come nascono i pannelli fotosintetici

Fotosintesi per produrre metano, ecco come nascono i pannelli fotosintetici

Un team di ingegneri giapponesi ha imitato il processo fotosintetico delle piante, perfezionandolo per ottenere metano e creando dei pannelli fotosintetici in grado di sfruttare l’irraggiamento solare

di pubblicata il , alle 11:41 nel canale Scienza e tecnologia
 

Nonostante le sue difficoltà e limiti, la ricerca per replicare artificialmente la fotosintesi clorofilliana - ovvero la reazione chimica (precisamente si tratta di una ossido-riduzione) con cui le piante trasformano l'anidride carbonica in materiale organico, liberando nell'atmosfera, quale materiale di scarto, l'ossigeno – prosegue senza sosta, e sembra essere arrivata a un punto di svolta.

Recentemente infatti un team di ingegneri giapponesi dell'Università di Tokyo, guidato da Kazunari Domen, ha messo a punto dei pannelli fotosintetici, in grad0 di replicare il processo naturale ottenendo metano "dal sole"; a condurre a questo risultato è stata l'intuizione degli accademici di sfruttare la scissione delle molecole d'acqua e la metanazione dell'anidride carbonica.

metano solare

Lo studio "Production of Methane by Sunlight-Driven Photocatalytic Water Splitting and Carbon Dioxide Methanation as a Means of Artificial Photosynthesis" è stato pubblicato su ACS Engineering Au.

Il gruppo di ricerca ha iniziato a lavorare su un processo che potesse replicare la fotosintesi clorofilliana più di dieci anni fa, all'interno del progetto ARPChem (condotto dal 2012 al 2022) con il supporto della New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).

L'iniziativa mirava a sviluppare tre tecnologie chiave per la produzione di sostanze chimiche di base partendo da anidride carbonica e acqua e utilizzando quale fonte energetica l'energia solare. In particolare, l'obiettivo era arrivare ad ottenere idrogeno rinnovabile mediante scissione fotocatalitica dell'acqua guidata dalla luce solare sfruttando la modularizzazione di reattori fotocatalitici, la separazione dell'idrogeno e il suo successivo recupero.

Il progetto è stato illustrato dettagliatamente su Open Access Government; il risultato ottenuto è stato il recupero di più del 70% dell'idrogeno prodotto.

metano solare

Lo sviluppo di fotocatalizzatori di particolato e di sistemi di reazione ha rappresentato una sfida senza precedenti, ma gli accademici sono riusciti a perfezionare i moduli, arrivando, nel 2023, ad ottenere il primo metano "solare" tramite un processo in grado di auto-alimentarsi.

Nel dettaglio, il team ha creato dei pannelli fotosintetici, ossia una serie di celle di reazione ciascuna rivestita con un fotocatalizzatore di titanato di stronzio drogato con alluminio (SrTiO3) che, una volta riempite d'acqua e poste sotto la luce solare, liberano idrogeno e ossigeno.

I due gas vengono successivamente separati e l'idrogeno condotto in una seconda camera di reazione per legarsi con l'anidride carbonica, andando a formare metano e acqua. Mentre il primo viene trattenuto, la seconda viene riutilizzata per un ciclo successivo.

Domen e il suo team hanno creato 1600 celle al fine di effettuare diversi test in diverse condizioni meteorologiche: l'impianto sperimentale ha accumulato metano fotosintetico per tutto il tempo e in ogni circostanza.

metano solare

Nonostante un risultato eccezionale, gli stessi ricercatori hanno sottolineato che i margini di miglioramento sono molto ampi, soprattutto riguardo l'efficienza che "deve migliorare radicalmente prima che questi dispositivi possano diventare opzioni praticabili per la produzione di energia su larga scala".

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21 Commenti
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gnpb17 Ottobre 2023, 12:06 #1
Qualcosa non mi torna, il metano abbonda già in natura, senza bisogno di crearlo.
Ma essendo un combustibile va bruciato e produce la co2 che tutti i fautori dell'elettrico odiano.
Addirittura si vuole dismetterne l'uso anche per riscaldamento e cucina, dove vengono preferiti geotermico e induzione.
Quindi, al di là della pura ricerca accademica a che serve?
Al limite si fossero fermati alla creazione di idrogeno...
O sto sbagliando qualcosa?
WOPR@Norad17 Ottobre 2023, 12:40 #2
Originariamente inviato da: gnpb
Qualcosa non mi torna, il metano abbonda già in natura, senza bisogno di crearlo.
...


Non ti torna perché non hai inteso il senso dell'articolo: non è un articolo su modi alternatvi di produrre metano, ma sullo stato della ricerca per una fotosintesi artificiale, cioè per la determinazione di un apparato che riesca a catturare il carbonio presente in atmosfera legandolo ad altri elementi (le piante lo intrappolano in catene di zuccheri), magari liberando ossigeno.

Comunque, così a naso, anche se il metano abbonda in natura, consumarne di nuovo prendendo carbonio dai gas serra, mantenendo inalterati i livelli senza bruciare metano fossile, mi sembra lo stesso un bel traguardo.
gnpb17 Ottobre 2023, 12:44 #3
Giusto, ora il senso mi è chiaro, grazie.
hackaro7517 Ottobre 2023, 12:55 #4
anche io mi son posto le stesse domande...
Saved_ita17 Ottobre 2023, 13:07 #5
Originariamente inviato da: WOPR@Norad
Comunque, così a naso, anche se il metano abbonda in natura, consumarne di nuovo prendendo carbonio dai gas serra, mantenendo inalterati i livelli senza bruciare metano fossile, mi sembra lo stesso un bel traguardo.


In realtà questo è esattamente lo scopo più che fare della semplice CCS (che già viene fatta con sistemi probabilmente più efficienti).

Produrre combustibili senza estrarli da giacimenti sotterranei ha l'enorme vantaggio di non aumentare il quantitativo di CO2 ed è lo stesso motivo per cui i biocombustibili (combustibili prodotti da coltivazioni) vengono considerati "green" ovvero immettono nell'ambiente lo stesso quantitativo di CO2 che hanno precedentemente assorbito rendendo la CCS economicamente più sostenibile e colmando il grosso limite delle rinnovabili (ovvero la necessità di stoccaggio per sopperire all'intrinseca aleatorietà.
!fazz17 Ottobre 2023, 13:21 #6
senza dimenticare che un eventuale sistema del genere potrebbe essere la manna per stoccare l'energia in eccesso prodotta dalle fer in un modo facilmente utilizzabile sia per il bilanciamento che per lo stoccaggio stagionale con l'infrastruttura esistente
Saved_ita17 Ottobre 2023, 13:33 #7
Stavo guardando la ricerca e, in realtà, la cosa è ancora più "banale".
Si tratta di convertire l'idrogeno prodotto tramite fotocatalisi (potrei supporre potrebbe adattarsi anche all'elettrolisi) in metano e acqua assorbendo CO2 dall'ambiente.

In pratica è un sistema di stoccaggio dell'idrogeno più facilmente gestibile e integrabile nei nostri sistemi rispetto all'idrogeno liquido prodotto dal solare (infatti ha partecipato anche al "concorso" "fuel from the sun" della comunità Europea) che avrebbe interessi a produrre idrogeno da impianti fotovoltaici nel nord Africa/zone desertiche e che, per certi versi, è una sorta di evoluzione rispetto all'iniziale progetto Desertec.
LMCH17 Ottobre 2023, 13:50 #8
Originariamente inviato da: !fazz
senza dimenticare che un eventuale sistema del genere potrebbe essere la manna per stoccare l'energia in eccesso prodotta dalle fer in un modo facilmente utilizzabile sia per il bilanciamento che per lo stoccaggio stagionale con l'infrastruttura esistente


Inoltre questo introduce un interesse economico nel "chiudere" il ciclo del carbonio di produzione antropica e portarlo sotto controllo come quello naturale (con animali ed altri processi biologici e geofisici che immettono CO2 nell'atmosfera e piante/alghe/ecc. che la riassorbono dall'atmosfera producendo amidi e zuccheri).
Altro vantaggio è che una volta che hai il metano (o il propano, usando un altro metodo sviluppato in USA) lo puoi utilizzare anche per sintetizzare materie plastiche, lubrificanti e tutta la roba di sintesi ottenuta attualmente dal petrolio e dal metano fossile.

Se poi si riesce a mettere a punto un sistema che incentiva a recuperare le microplastiche disperse in aria si elimina anche l'altro grave problema di cui praticamente nessuno parla più di tanto.
Sandro kensan17 Ottobre 2023, 16:54 #9
I numerosi commentatori che parlano di usare il metano come staccaggio (vettore energetico) nelle FER hanno per caso a disposizione i conteggi del rendimento di una simile conversione? Perché se già nel passare da energia solare a energia elettrica del fv si butta via l'80% dell'energia, nel passare da energia elettrica a idrogeno immagino si butti via il 50%, poi passare da idrogeno a metano immagino si butti via quasi tutto. Alla fine di questa catena praticamente si raccolgono le briciole e si butta via praticamente tutto.

E secondo me non vale il discorso che sono meglio le briciole che nulla perché tutti questi materiali (pannelli fv, celle a idrogeno, metanizzazione) sono forgiati usando il petrolio e molta manodopera che hanno costi molto alti, quindi non si possono produrre briciole quando si sono spesi decine di barili di petrolio.
!fazz17 Ottobre 2023, 17:11 #10
Originariamente inviato da: Sandro kensan
I numerosi commentatori che parlano di usare il metano come staccaggio (vettore energetico) nelle FER hanno per caso a disposizione i conteggi del rendimento di una simile conversione? Perché se già nel passare da energia solare a energia elettrica del fv si butta via l'80% dell'energia, nel passare da energia elettrica a idrogeno immagino si butti via il 50%, poi passare da idrogeno a metano immagino si butti via quasi tutto. Alla fine di questa catena praticamente si raccolgono le briciole e si butta via praticamente tutto.

E secondo me non vale il discorso che sono meglio le briciole che nulla perché tutti questi materiali (pannelli fv, celle a idrogeno, metanizzazione) sono forgiati usando il petrolio e molta manodopera che hanno costi molto alti, quindi non si possono produrre briciole quando si sono spesi decine di barili di petrolio.


da me si dice: piotost che negot le mei piotost (ovviamente bisogna calcolare il tco del sistema ma se positivo perchè non farlo?) alla fine il metano serve sempre e ne importiamo tantissimo con moltissimi problemi anche di natura geopolitica
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