Tecnologie solari e sensoristiche più efficienti

Tecnologie solari e sensoristiche più efficienti grazie al connubio tra fisica quantistica e biochimica. È questo il risultato della ricerca ‘Enhanced energy transport in genetically engineered excitonic networks’, pubblicata dalla rivista Nature Materials.
Per raggiungere efficienze di trasporto ottimali ad imitazione dei sistemi naturali, il team di ricerca ha utilizzato antenne fotosintetiche artificiali sviluppate nei laboratori del Mit. “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”.
Questi sistemi antenna sono stati ottenuti modificando geneticamente la struttura proteica di un virus innocuo e ancorando in punti precisi della struttura due tipi di cromofori, donatori (assorbitori di luce) ed accettori (emettitori di luce). La manipolazione genetica del virus consente di 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.
La fotosintesi naturale, responsabile della vita sulla Terra, avviene grazie ad un processo in cui la luce è catturata da un ‘antenna ricevente’ proteica e poi trasmessa da una catena di pigmenti ad essa legati, detti cromofori, alla ‘centrale energetica’, il centro di reazione, dove viene convertita in energia biologicamente sfruttabile.
“Per analizzare il trasporto energetico nei sistemi antenna – spiega Paolo De Natale direttore Ino-Cnr- abbiamo realizzato un esperimento in cui questi vengono stimolati tramite impulsi laser estremamente veloci, che vengono prima assorbiti dalle molecole donatore e poi riemessi da quelle accettore, permettendo così di misurare l’efficienza di trasporto. Per le strutture geneticamente modificate abbiamo misurato una propagazione dell’eccitone due volte più veloce rispetto alle stesse antenne a base di virus non modificato, e di conseguenza distanze di propagazione maggiori del 67%”.
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 sono 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 è stato condotto DOI: da un’équipe interdisciplinare di ricercatori internazionali dei Dipartimenti di fisica e astronomia e del Laboratorio europeo di spettroscopie non-lineari (Lens) dell’Università di Firenze e del Dipartimento di chimica dell’Università di Perugia, dell’Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche (Ino-Cnr), del centro di ricerca Quantum Science and Technology in Arcetri (Qstar), del Massachussets Institute of Technology (Mit) e del Centro ricerche Eni Donegani di Novara. La ricerca rientra nell’ambito dell’accordo quadro Eni-Cnr e della partnership Eni-Mit siglata nel 2008.
AR
Contenuti correlati
-
Gestione energetica dei processi, come migliorarla con la digitalizzazione
Sensori, contatori intelligenti, sistemi di controllo distribuito, applicazioni IIoT e tecnologia wireless concorrono a creare infrastrutture più agili da monitorare e amministrare. Leggi l’articolo
-
Alimentare il mondo digitale
Socomec, azienda specializzata in soluzioni di alimentazione integrate, offre una nuova serie di innovazioni tecnologiche concepite per garantire la disponibilità dell’alimentazione e le prestazioni energetiche.12 Le infrastrutture critiche odierne devono soddisfare i requisiti di implementazione rapida e...
-
Walk the green talk, SEW organizza un tour sotto il segno dell’efficienza
Nei moderni impianti industriali è fondamentale preservare l’ambiente pur perseguendo obiettivi di riduzione dei costi di produzione ed energetici, senza compromettere la produttività, e mantenendo un vantaggio competitivo sul mercato internazionale. La razionalizzazione e la gestione intelligente...
-
Sensori Bluetooth per monitoraggio ambientale e manutenzione preventiva da Socomec
I nuovi sensori ambientali e di apertura delle porte di Socomec comunicano tramite Bluetooth con i gateway Diris Digiware M e i display Diris/ISOM Digiware D. Grazie ai sensori B-TRH, è possibile aggiungere misure di temperatura e...
-
Edifici intelligenti e sostenibili: il caso Green Pea a Torino
Non c’è da stupirsi, dunque, se l’edificio ha vinto l’Innova Retail Award 2021, premio dedicato ai progetti innovativi del settore. Da subito, il Green Pea è diventato un punto di riferimento per la sua vocazione a basso impatto...
-
Efficienza, monitoraggio e controllo remoto
Come è possibile garantire controllo, sicurezza, aggiornamento e riconfigurazione dei dispositivi periferici? Leggi l’articolo
-
Poste Italiane, le cassette diventano smart e con schermo hi-tech
Stesso colore, nel segno della tradizione, ma con uno sguardo al futuro. Le iconiche cassette postali, cambiano veste e diventano hi-tech. Il progetto di Poste Italiane – scrive in una nota l’associazione Aidr – avviato nell’ultimo biennio,...
-
CNR, nuovi materiali migliorano l’efficienza dei pannelli fotovoltaici
Un parco solare di 4,5 metri quadrati ad Heraklion, sull’isola di Creta, realizzato con pannelli fotovoltaici di terza generazione basati su nuovi materiali, quali perovskite e grafene e altri materiali bidimensionali in sostituzione del silicio, è stato...
-
Risparmiare sulla bolletta rispettando l’ambiente? La soluzione è l’autoconsumo energetico
Sviluppo sostenibile, lotta al cambiamento climatico, consumi responsabili: si parla sempre di quello che si vorrebbe ottenere, ma sappiamo davvero come raggiungere gli obiettivi? In breve: è possibile coniugare la scelta di un approvvigionamento energetico che rispetti...
-
Dai rifiuti della Lombardia subito biometano per alimentare 200 mila auto per un anno
70 milioni di metri cubi di biometano, capaci di alimentare 200 mila auto per 11 mila km all’anno ciascuna, reperibili letteralmente a km 0, grazie ai soli rifiuti umidi (Fordu) e ai fanghi provenienti dalla depurazione delle...