Cella solare biologica verde: nuove scoperte

Secondo quanto riporta la rivista scientifica ACS Applied Materials & Interfaces fondata nel 2009 dall’American Chemical Society si è ottenuta una cella solare biologica verde.
Lo scienziato che ha pubblicato questa scoperta è Noam Adir docente di Chimica presso la Facoltà di Chimica Schulich al Technion in Israele.

La sua ricerca si concentra sulla relazione tra la struttura tridimensionale delle proteine, come gli enzimi e la loro funzione. Il chimico utilizza la cristallografia a raggi X per analizzare le posizioni relative degli atomi all’interno di una molecola, ottenendo un modello 3D.

Alcune applicazioni del suo lavoro riguardano il processo di fotosintesi, il modo efficiente in cui le piante convertono l’energia solare in energia chimica utile. Altri progetti riguardano lo studio di proteine ​​che possono servire come bersagli per lo sviluppo di nuovi farmaci antibatterici.

Importanza delle piante

Sono organismi autotrofi in grado di sintetizzare le proprie molecole organiche a partire da sostanze inorganiche e utilizzando energia non derivante da sostanze organiche assimilate.

Dai fiori agli alberi, le piante sono una parte importante del nostro ecosistema poiché esse assorbono anidride carbonica, gas serra che contribuisce al riscaldamento globale e ai cambiamenti climatici, e rilasciano ossigeno.

Costituiscono uno spazio vitale per molte specie animali, tra cui nidi di uccelli e di insetti, alveari e il mezzo di sussistenza degli erbivori. Sono fonte di cibo per gli esseri umani che si alimentano con frutta, verdura, cereali e sono una delle principali fonti di vitamine, minerali e sostanze nutritive

Hanno costituito per secoli una fonte di sostanze utilizzate dalla medicina tradizionale e sono importanti per mantenere buone condizioni del suolo. Le loro radici riducono la probabilità di erosione del suolo e quando le foglie cadono dagli alberi e quando le piante muoiono, si decompongono, fertilizzando il terreno e consentendo ad altre piante di crescere e prosperare. Tuttavia, non si poteva pensare che da esse si potesse ottenere una cella solare biologica verde.

Le piante succulente

I ricercatori hanno creato una cella solare vivente utilizzando una pianta succulenta ovvero la Corpuscularia lehmannii, chiamata anche pianta del ghiaccio.

Le piante succulenti note come piante grasse che presentano parti ispessite, carnose e gonfie, solitamente per trattenere l’acqua in climi aridi. Possono  immagazzinare acqua in varie strutture, come foglie e steli e il contenuto di acqua di alcuni organi succulenti può arrivare fino al 90-95%. La Corpuscularia lehmannii è dotata di particolari tessuti, i parenchimi acquiferi, tramite i quali possono immagazzinare grandi quantità di acqua. Coltivata come pianta d’appartamento decorativa per le sue caratteristiche foglie lisce e spigolose è originaria del Sud Africa

Fotosintesi clorofilliana

In tutte le cellule viventi è presente una catena di trasporto degli elettroni costituita da un insieme di proteine ​​e molecole organiche che si trovano nella membrana interna dei mitocondri. Gli elettroni passano da un membro della catena di trasporto a un altro in una serie di reazioni redox.

In presenza di elettrodi, le cellule possono generare elettricità che può essere utilizzata. Il team di scienziati si è ispirato alla fotosintesi per generare corrente. La fotosintesi è il processo che permette all’energia fornita dal Sole di entrare come energia chimica nei sistemi viventi.

Mediante la fotosintesi l’energia solare è utilizzata per convertire molecole a basso contenuto energetico come il biossido di carbonio e l’acqua in prodotti ad alto contenuto energetico come il glucosio. La clorofilla costituisce il tramite per il trasferimento di elettroni. Infatti quando assorbe l’energia dalla luce un elettrone della clorofilla è eccitato a un livello energetico maggiore. In questo stato a più alta energia l’elettrone è più rapidamente trasferito a un’altra molecola. Ciò  innesca una catena di trasferimenti di elettroni che termina con il trasferimento di un elettrone all’anidride carbonica. La clorofilla che ha perso un elettrone può accettarlo da un’altra molecola concludendo il processo.

La scoperta

Per la costruzione di una cella solare biologica verde gli scienziati inserito due elettrodi in una delle foglie della pianta.

Essi sono costituiti da ferro che funge da anodo e platino che funge da catodo. Hanno scoperto una tensione di 0.28 V che, sebbene inferiore a quella di una batteria alcalina tradizionale, è rappresentativo di una sola foglia e il collegamento di più foglie in serie potrebbe aumentare la tensione.

Oltre  alla produzione di energia un dispositivo di questo tipo consente ai protoni presenti nella soluzione all’interno delle foglie di ridursi al catodo per formare idrogeno. Il gas prodotto può essere quindi utilizzato in altre applicazioni. Questo metodo potrebbe quindi consentire lo sviluppo di future tecnologie energetiche verdi sostenibili e multifunzionali.

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