Grazie a batteri geneticamente modificati in arrivo celle solari biogeniche più efficienti

Una cella solare o cella fotovoltaica (Fig. 1) è un dispositivo elettronico in grado di convertire l’energia incidente della luce direttamente in elettricità tramite l’effetto fotovoltaico. Le celle solari sono gli elementi costitutivi dei moduli fotovoltaici, anche noti come pannelli solari, che ad oggi rappresentano una delle tecnologie più studiate per la produzione di energia pulita.

Figura 1 – Rappresentazione schematica della struttura e del funzionamento di una cella solare.

Tuttavia, alcuni dei limiti principali di tale tecnologia sono rappresentati dall’elevata necessità di spazio, dalla percentuale di conversione dell’energia solare in energia elettrica e dalla dipendenza dell’esposizione dei pannelli solari alla luce solare (dipendenza dalle condizioni meteorologiche).

Per far fronte a queste problematiche, recentemente, alcuni ricercatori del dipartimento di Ingegneria Chimica e Biologica dell’Università British Columbia (UBC), guidati dal Prof. Vikramaditya Yadav, hanno ideato e studiato un modo economico e sostenibile per realizzare una cella solare biogenica, ossia un’unità fotovoltaica basata su materiale biologico.

L’innovazione, come riportato nell’articolo pubblicato sulla rivista scientifica Small, si basa sull’utilizzo di cellule batteriche di Escherichia coli geneticamente modificate (Fig. 2). Gli scienziati hanno riprogettato questi batteri affinché riuscissero ad alimentare direttamente il fotovoltaico. In questo modo sono riusciti a ottenere celle con un’impressionante densità di corrente e in grado di funzionare anche in presenza di una bassa intensità di luce.

Figura 2 – Piastra Petri contenente colonie di Escherichia coli.

In passato, la maggior parte dei tentativi per produrre pannelli solari biogenici si basavano sull’estrazione dai batteri dei pigmenti fotosintetici, ossia dei coloranti naturali utilizzati dai batteri per la fotosintesi. Si trattava, però, di un processo costoso e complicato che includeva anche l’utilizzo di solventi tossici. I ricercatori dell’UBC hanno preferito un approccio alternativo: hanno lasciato i coloranti nei batteri, modificandoli opportunamente affinché producessero grandi quantità di licopene, un potente pigmento fotoattivo presente anche in natura (ad esempio è la sostanza che conferisce ai pomodori la loro classica colorazione rossa).

Hanno quindi rivestito i microrganismi con nanoparticelle di biossido di titanio (TiO2), che funge da semiconduttore, applicando il bio-materiale risultante su una superficie di vetro.

Questo sistema innovativo ha ottenuto una densità di corrente di 0,686 milliampere per centimetro quadrato, quasi il doppio rispetto al record precedente registrato per i pannelli biogenici pari a 0,362 mA/cmq.

Anche i costi sarebbero drasticamente ridotti: si stima che far produrre il pigmento direttamente ai batteri, senza tentare di estrarlo, comporti un decimo della spesa. L’ideale sarebbe riuscire a non uccidere i batteri rivestendoli con i semiconduttori: lasciandoli vivi (in questo primo studio, non è stato possibile) potrebbero produrre licopene a ciclo continuo.

I test iniziali hanno dimostrato che queste cellule funzionano in maniera efficiente sia in condizioni di scarsa luminosità sia in condizioni di luce intensa.

Si tratta di una scoperta che potrebbe essere di grande aiuto per sfruttare l’energia solare soprattutto nelle zone del Nord Europa dove spesso il cielo è coperto dalle nuvole oppure si potrebbe sfruttare tale tecnologia nelle miniere, nelle esplorazioni sottomarine o in altri ambienti poco illuminati.

 

Nicola Di Fidio

Sitografia

Bibliografia

  • Sarvesh Kumar Srivastava, Przemyslaw Piwek, Sonal R. Ayakar, Arman Bonakdarpour, David P. Wilkinson, Vikramaditya G. Yadav. A Biogenic Photovoltaic Material. Small. Volume 14, Issue 26, 2018. https://doi.org/10.1002/smll.201800729

Crediti immagini

  • https://www.focus.it/scienza/energia/celle-solari-ai-batteri-per-cieli-nuvolosi
  • http://www.terisenergia.it/autorizzazione-fotovoltaico/
  • http://www.rinnovabili.it/energia/fotovoltaico/cella-solare-biogenica/
Foto dell'autore

Nicola Di Fidio

Nicola Di Fidio, autore di Microbiologia Italia dal 2017 (94 articoli pubblicati). Laureato in Biotecnologie Industriali e Ambientali, Dottore di Ricerca in Scienze Chimiche e dei Materiali. Ricercatore Junior in Chimica Industriale presso il Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale dell'Università di Pisa. Coordinatore nazionale dell'Area Tematica "Riconoscimento del Dottorato di Ricerca" presso l'Associazione Dottorandi e Dottori di Ricerca in Italia (ADI). Settori di ricerca: biotecnologie industriali, microbiologia industriale, catalisi chimica, biocatalisi, chimica verde, chemiometria, sviluppo e ottimizzazione di processi di bioraffineria, valorizzazione di biomasse agroindustriali. Progetti di ricerca: sviluppo e ottimizzazione di processi catalitici chimici e biologici per la conversione di biomasse lignocellulosiche (canna gigante, cardo, scarti dell'industria della carta) in zuccheri di seconda generazione (glucosio, xilosio, arabinosio, cellobiosio), acidi organici (acido acetico, acido levulinico, acido formico), composti furanici (5-idrossimetilfurfurale, 2-furfurale), trigliceridi e metilesteri di acidi grassi a lunga catena. Tel.: +39 3299740251 E-mail istituzionale: nicola.difidio@unipi.it Scopus Author ID: 57194336585 ResearcherID: H-2409-2016 Orcid ID: orcid.org/0000-0001-8037-6355 ResearchGate Profile: https://www.researchgate.net/profile/Nicola_Di_Fidio2

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