Passi avanti sul biofotovoltaico microbico
L’energia solare prende vita, letteralmente. Per capire perché ciò è importante, è necessario fare qualche passo indietro.
Il biofotovoltaico (Bio-Photovoltaic – BPV) è una tecnologia emergente che utilizza materiali fotosintetici biologici, come cianobatteri o microalghe eucariotiche, per convertire l’energia solare in elettricità. Ciò significa che il BPV è più compatibile con l’ambiente e potenzialmente più economico rispetto al fotovoltaico tradizionale a base di semiconduttori come il silicio. “Inoltre – scrivono i ricercatori cinesi – i sistemi BPV possono potenzialmente funzionare in maniera continuata durante il giorno e la notte, poiché i composti organici accumulati durante le ore di sole attraverso la fotosintesi possono essere convertiti in elettricità in quelle notturne”.
Il problema principale del biofotovoltaico è la bassa densità di potenza. La causa è da ricercare nella scarsa capacità dei microrganismi fotosintetici di trasferire elettroni all’esterno delle celle solari. Per aggirare questo problema, i ricercatori hanno creato un consorzio microbico a due specie, manipolandole geneticamente perché collaborassero.
Questo consorzio è composto da cianobatteri fotosintetici e dai batteri esoelettrogeni Shewanella, con questi ultimi dotati di una forte capacità di trasferire elettroni extracellulari.
L’esperimento ha impiegato l’acido lattico (D-lattato) come vettore energetico responsabile del trasferimento diretto di energia tra le due specie microbiche. Nel dettaglio, all’interno del sistema batterico, i cianobatteri catturano l’energia solare e fissano la CO2 (biossido di carbonio) per sintetizzare l’acido lattico, che, a sua volta, viene ossidato dalla Shewanella, rilasciando elettroni. In questo modo, si crea un flusso di elettroni limitato dai fotoni al D-lattato.
Il team ha realizzato una cella solare biologica miniaturizzata creando un anodo conduttivo in 3D (tre dimensioni) e configurandolo con un sistema microfluidico permeabile al gas. Ciò ha permesso di sostenere la produzione per circa 20 giorni con un ciclo luce/buio. I ricercatori sostengono, tuttavia, che il loro biofotovoltaico possa funzionare stabilmente per oltre 40 giorni con una densità di potenza media di 135 mW/m. “Questo studio fa avanzare significativamente le nostre conoscenze sull’efficienza e la longevità del biofotovoltaico, quindi rappresenta un passo importante verso un ulteriore miglioramento dei sistemi BPV”. La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications (testo in inglese).
