Le foglie semi-artificiali trasformano l'inquinamento e la luce solare in sostanze chimiche utili.

Ambiente

Redazione del sito web di Innovazione Tecnologica - 06/11/2025

Non sembra una foglia naturale, ma la foglia artificiale bioibrida ha dimostrato di essere più resistente delle precedenti. [Immagine: Università di Cambridge]

Foglia bioibrida

Una foglia artificiale , un tipo di bioreattore alimentato dall'energia solare, imita la fotosintesi per produrre in modo sostenibile sostanze chimiche preziose.

La grande novità è che questa cella è un ibrido, che combina semiconduttori organici ed enzimi per convertire _CO2 e luce solare in formiato con elevata efficienza. Questa composizione le conferisce durevolezza, ma è notevole anche per la sua totale atossicità e il funzionamento senza combustibili fossili, aprendo la strada a un'industria chimica più ecologica.

Il formiato, che può essere di sodio o di calcio, è un composto versatile con ampia applicazione in vari settori, dall'adesione del cemento all'agente sbiancante per tessuti, fino all'additivo alimentare e all'intermedio chimico per la fabbricazione di altri prodotti.

È la prima volta che i semiconduttori organici vengono utilizzati come componenti per la raccolta della luce, formando un sistema bioibrido e aprendo la strada a una nuova generazione di foglie artificiali ecocompatibili.

"Se vogliamo costruire un'economia circolare e sostenibile, l' industria chimica rappresenta un problema ampio e complesso che dobbiamo affrontare", ha affermato il professor Erwin Reisner dell'Università di Cambridge nel Regno Unito. "Dobbiamo trovare il modo di decarbonizzare questo importante settore, che produce così tanti prodotti essenziali di cui tutti abbiamo bisogno. È una grande opportunità se riusciamo a farlo nel modo giusto".

L'industria chimica è responsabile di circa il 6% delle emissioni totali di carbonio a livello mondiale.

L'eliminazione dei composti tossici ha elevato la foglia artificiale alla categoria delle foglie semi-artificiali. [Immagine: Celine Wing See Yeung et al. - 10.1016/j.joule.2025.102165]

Foglia semi-artificiale

L'innovazione consiste in un dispositivo ibrido che combina polimeri organici che assorbono la luce ed enzimi batterici per trasformare la luce solare, l'acqua e l'anidride carbonica in formiato.

L'utilizzo di componenti organici – a base di carbonio e azoto – ha permesso al team di portare la propria cellula a un livello superiore, definendola una "foglia semi-artificiale". L'obiettivo, come sempre, è replicare la fotosintesi, il processo naturale che le piante utilizzano per trasformare la luce solare in energia, eliminando qualsiasi altro apporto energetico esterno. A differenza dei progetti precedenti, che si basavano su assorbitori di luce tossici o instabili, questo nuovo modello bioibrido utilizza materiali non tossici, funziona in modo più efficiente e rimane stabile senza additivi aggiuntivi.

I ricercatori hanno anche superato una sfida di vecchia data: la maggior parte delle foglie artificiali richiede additivi chimici, noti come tamponi, per mantenere attivi gli enzimi, ma questi spesso si degradano rapidamente e limitano la stabilità cellulare. Incorporando un enzima ausiliario, l'anidrasi carbonica, in una struttura porosa di titania (ossido di titanio), i ricercatori hanno permesso alla loro foglia semi-artificiale di funzionare in una semplice soluzione di bicarbonato, simile all'acqua frizzante, senza additivi nocivi.

Architettura delle foglie bio-ibride semi-artificiali. [Immagine: Celine Wing See Yeung et al. - 10.1016/j.joule.2025.102165]

Test e miglioramenti

Nei test dimostrativi, il team ha utilizzato la luce solare per convertire l'anidride carbonica in formiato e poi l'ha applicata direttamente in una reazione domino per sintetizzare un composto prezioso utilizzato in campo farmaceutico, ottenendo elevata resa e purezza.

I ricercatori si concentreranno ora sull'ottimizzazione del design per prolungare la durata del dispositivo e adattarlo alla produzione di diversi tipi di sostanze chimiche.

"Abbiamo dimostrato che è possibile creare dispositivi alimentati ad energia solare che non siano solo efficienti e durevoli, ma anche privi di componenti tossici o insostenibili", ha affermato Reisner. "Questa potrebbe rappresentare una piattaforma fondamentale per la produzione di combustibili e prodotti chimici ecologici in futuro: è una vera opportunità per condurre ricerche chimiche entusiasmanti e importanti".

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