Tecnologie solari più efficienti grazie a fisica quantistica e biochimica. Questo il risultato ottenuto dallo studio condotto dai tecnici Eni nell’ambito dell’accordo quadro Eni-CNR e della partnership Eni-MIT siglata nel 2008, che ha portato ai dati presentati lo scorso ottobre sulla rivista Nature Materials.

Lo studio presentato da Eni è intitolato “Enhanced energy transport in genetically engineered excitonic networks”. Tema centrale l’innovazione tecnologica nel settore dell’energia solare. I lavori sono stati condotti da un gruppo internazionale di ricercatori appartenenti ai 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, all’Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche (INO-CNR), al centro di ricerca “Quantum Science and Technology in Arcetri” (QSTAR), al Massachussets Institute of Technology (MIT) e al Centro Ricerche Eni Donegani di Novara.

Nello specifico i ricercatori si sono concentrati sull’efficienza di trasporto dell’energia, per la cui valutazione si sono avvalsi di “antenne fotosintetiche artificiali” sviluppate all’interno dei laboratori del MIT. Strutture ottenute attraverso la modifica a livello genetico della struttura proteica di un virus innocuo, la cui manipolazione permette di tenere sotto controllo la distanza sulla superficie dei due tipi di cromofori presenti: donatori (assorbitori di luce) ed accettori (emettitori di luce).

La distanza tra i due cromofori regola la “forza di interazione” tra gli stessi, a sua volta responsabile dell’efficienza di trasporto dell’energia di eccitazione. Un fenomeno presente anche nella fotosintesi naturale. Se però quest’ultima nel suo complesso ottiene livelli di efficienza inferiori all’1%, il “trasporto di energia sotto forma di eccitazione elettronica” ottiene un’efficienza vicina al 100%.

Verrebbe così ampiamente superata l’efficienza garantita anche dalle migliori celle solari. Effetti spiegabili, sottolineano i ricercatori, solo dai principi della fisica quantistica:

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.

Sistemi che possono quindi risultare decisivi per un ulteriore sviluppo dell’efficienza nel campo dell’energia fotovoltaica. Secondo quanto affermato dagli esperti del Centro Ricerche Eni Donegani:

Dopo un seminario tenuto dal MIT presso la nostra struttura 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.

Come ha sottolineato Paolo De Natale, direttore INO-CNR:

Per analizzare il trasporto energetico nei sistemi antenna 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%.

17 dicembre 2015
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