La fotosintesi artificiale

Agli inizi del secolo scorso, quando il petrolio e il gas naturale non erano ancora entrati nell’uso comune, lo sviluppo industriale e civile era basato essenzialmente sul consumo di enormi quantità di carbone, con grandi problemi di inquinamento atmosferico.

Già allora qualche scienziato si chiedeva perché mai l’uomo, per soddisfare il suo bisogno sempre crescente di energia, dovesse far ricorso alla «sporca energia solare fossile» e non alla energia pulita e abbondante che arriva con continuità dal Sole. Tra questi scienziati ha avuto un ruolo importante Giacomo Ciamician, professore all’università di Bologna dove oggi il Dipartimento di Chimica porta il suo nome.

Nel 1912 in una conferenza dal titolo «La fotochimica del futuro», presentata a New York all’ottavo Congresso internazionale di chimica applicata, Ciamician affrontò il problema dell’energia con parole che colpiscono per la loro lungimiranza. Disse per esempio:

La civiltà moderna è figlia del carbon fossile: l’uomo se n’è servito e se ne serve con crescente avidità e spensierata prodigalità per la conquista del mondo. La Terra ne possiede ancora enormi giacimenti, ma essi non sono inesauribili. Bi- sogna pensare all’avvenire.

Affascinato dalla capacità delle piante di far uso della luce solare, Ciamician preconizzò il giorno in cui il loro segreto sarebbe stato svelato e usato dall’uomo per risolvere il problema dell’energia:

Selve di tubi di vetro e serre di ogni dimensione s’innalzeranno al Sole nelle zone desertiche e in questi apparecchi trasparenti si compiranno quei processi fotochimici di cui no allora le piante avevano il segreto, ma che l’industria umana avrà saputo carpire: essa saprà farli ben altrimenti fruttare, perché la natura non ha fretta, mentre l’umanità è frettolosa. E se giungerà in un lontano avvenire il momento in cui il carbone fossile sarà esaurito, non per questo la civiltà avrà ne: perché la vita e la civiltà dureranno affinché splende il Sole.

Se al carbone di Ciamician, che a quel tempo era praticamente l’unico combustibile usato, sostituiamo più in generale tutti i combustibili fossili, il ragionamento è del tutto attuale. L’inquietudine della nostra civiltà – che già Ciamician notava – è oggi accresciuta di fronte a problemi che appaiono ormai troppo complessi per essere governati: l’inquinamento della biosfera, l’effetto serra, la crescente disuguaglianza nella distribuzione del benessere, l’aumento della popolazione, il generale impoverimento delle risorse naturali.

Il segreto della fotosintesi naturale è ormai stato carpito ma l’umanità, che oggi ha ancor più fretta di allora, non è ancora riuscita a utilizzarlo per produrre combustibili artificiali mediante la conversione dell’energia solare. La realizzazione del sogno di Ciamician è oggi una delle sfide più importanti che la scienza ha di fronte per uscire dalla incombente crisi energetica ed ecologica.

La ricerca sulla fotosintesi artificiale mira alla produzione di combustibili partendo da sostanze molto di use come l’acqua o l’anidride carbonica. L’acqua dovrebbe essere scissa in idrogeno e ossigeno, secondo questo schema:

L’anidride carbonica potrebbe invece essere ridotta a metanolo, con la concomitante generazione di ossigeno. Ma poiché quest’ultimo processo è molto complicato già sulla carta, tutta l’attenzione dei ricercatori è concentrata sulla scissione dell’acqua in idrogeno e ossigeno, che permetterebbe di creare un ciclo chiuso per la produzione di energia.

Si parte da acqua, una molecola inerte a basso contenuto energetico (e proprio perciò abbondantissima sulla Terra), e si «inietta» in essa energia sotto forma di luce solare, ottenendo così la separazione dei due componenti, idrogeno (combusti- bile) e ossigeno (comburente).

Quando questi due componenti vengono ricombinati in un processo di combustione (o in una cella a combustibile) essi producono energia termica (o elettrica) restituendo l’energia immagazzinata e formando, come unico prodotto, acqua. Per poter scindere l’acqua è però necessario l’intervento di sostanze capaci di assorbire la luce solare e di «mediare» il processo, come fa la clorofilla nella fotosintesi naturale.

Alcuni obiettivi parziali sono stati recentemente raggiunti, ma ci sono molti problemi non ancora risolti, per esempio quello di trovare catalizzatori capaci di far avvenire i processi coinvolti nella generazione di idrogeno e ossigeno, alla ne della catena di reazioni. Ci vorranno parecchi anni e il lavoro di molti scienziati per giungere alla produzione di idrogeno dall’acqua per via fotochimica. Nel frattempo, però, sui mezzi di comunicazione di massa l’idrogeno è già diventato una leggenda.