L'energia solare sarà presto più efficiente, create le antenne fotosintetiche

Dispositivi solari e sensori potranno diventare ancora più efficienti grazie al connubio tra fisica quantistica e biochimica. Lo dice uno studio, condotto da un'équipe interdisciplinare di ricercatori internazionali, i cui risultati sono stati pubblicati su Nature Materials. Grazie a delle antenne fotosintetiche artificiali sviluppate nei laboratori del Mit, ottenute modificando geneticamente la struttura proteica di un virus innocuo e ancorando in punti precisi della struttura due tipi di cromofori, è possibile controllare la distanza tra i punti di supporto dei cromofori, e di conseguenza la forza di interazione tra gli stessi, responsabile a sua volta dell'efficienza di trasporto dell'energia di eccitazione.

“Dopo un seminario tenuto dal Mit presso la nostra struttura – spiegano al Centro ricerche Eni Donegani – ci rendemmo conto che tali “sistemi antenna” avrebbero potuto essere utilizzati, con alcune modifiche, per realizzare dispositivi solari ad elevata efficienza, sfruttando lo stesso processo di cattura della luce della fotosintesi naturale”. Eni si è fatta quindi promotrice di un nuovo progetto con il MIT per studiare i possibili fenomeni di trasporto quantistico in questi sistemi, coinvolgendo anche l’Ino Cnr e il Lens dell’Università di Firenze.

Mentre il processo fotosintetico nel suo complesso ha efficienze inferiori all'1%, il trasporto di energia sotto forma di eccitazione elettronica ha un'efficienza quasi del 100% anche a temperatura ambiente, di gran lunga superiore a quella delle migliori celle solari. Risultati sperimentali supportati da modelli teorici hanno dimostrato negli ultimi anni che, alla base di questa straordinaria efficienza, vi siano effetti spiegati solo dai principi della fisica quantistica, per cui l’“unità energetica” (eccitone) viene creata su diversi cromofori simultaneamente, percorrendo vari cammini in parallelo per trovare il percorso ottimale verso il centro di reazione. In queste condizioni, i movimenti molecolari attivi a temperatura ambiente invece che essere di ostacolo, come normalmente ci si dovrebbe aspettare, rendono i processi più veloci.
 
Lo studio. Ha coinvolto i dipartimenti di Fisica e Astronomia e del laboratorio europeo di Spettroscopie Non-lineari (Lens) dell'Università di Firenze, il dipartimento di Chimica dell’Università di Perugia, l’Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche (Ino-Cnr), il centro di ricerca “Quantum Science and Technology in Arcetri” (Qstar) del Massachussets Institute of Technology (Mit) e il Centro ricerche Eni Donegani di Novara.