Nous combustibles a partir de la fotosíntesi artificial sobre bombolles de sabó

Podeu crear nous combustibles de zero emissions utilitzant els mateixos processos implementats per la natura? Sí, segons els investigadors de la Universitat d'Uppsala que lideren el projecte de recerca SoFiA (pel·lícula de sabó fotosíntesi artificial), en què també participen la Universitat de Leiden, la Universitat d'Amsterdam, la Universitat Politècnica de Torí i diversos instituts de recerca internacionals.

L'objectiu del projecte, que el 2019 va rebre un finançament de 3,2 milions d'euros de la Comissió Europea, és transformar el CO2 en combustible i matèries primeres per a la indústria imitant la membrana tilacoïdal de les fulles, on té lloc la fase lleugera de la fotosíntesi.

Avui els objectius del projecte SoFiA semblen més propers: l'última aportació important prové dels investigadors de Politècnic de Torí, que en un estudi recentment publicat han demostrat per primera vegada la possibilitat d'utilitzar i pel·lícula de sabó com a membranes reactives, obrint el camí per a la producció de combustibles solars a partir de CO2.

Un pas més a prop dels combustibles solars generats... des de l'aire
El diòxid de carboni és un recurs i l'atmosfera és la seva... "mea"

Com dissenyar una bombolla de sabó: l'estudi italià

El nou estudi de Politècnic de Torí, acaba de publicar el "Cartes de revisió física” per un equip d'investigadors coordinat pel professor Eliodoro Chiavazzo, demostra com crear asimetries en pel·lícules de sabó, o com enginyer"les parets primes de les bombolles de sabó molt comunes”.

Les pel·lícules de sabó tenen una típica conformació simètrica, semblant a un sandvitx, en què dues primes pel·lícules de tensioactius contenen un cert volum d'aigua: els investigadors han desenvolupat un procés que permet "trencar" aquesta simetria aprofitant la deposició asimètrica d'agents químics mitjançant un aerosol a les superfícies de la pel·lícula.

Aquest resultat es tradueix en la possibilitat d'utilitzar pel·lícules de sabó com membranes reactives (autocuració i de baix cost) per a diverses aplicacions energètiques, com ara i processos fotocatalítics per a la producció de combustibles solars com el monòxid de carboni a partir del CO2. Allà fotosíntesi natural, de fet, es basa precisament en l'asimetria.

"Estem orgullosos que la contribució de la Politècnica hagi estat decisiva per identificar la tècnica de dopatge correcta i per formular la comprensió teòrica dels processos subjacents a aquesta tecnologia.”, explica el professor Eliodoro Chiavazzo.

"Havent-ho demostrat en pel·lícules de telenovel·la”, continua el professor, “té un gran valor no només científic sinó també tecnològic, perquè ens ofereix una plataforma de baix cost i fàcil de construir en la qual és possible controlar el grau de simetria a escala atomística.".

Les sorpreses de la química: així els residus plàstics es converteixen en sabó
Química del futur: els nous reptes de la indústria per a la sostenibilitat

SoFiA, la fotosíntesi artificial en una pel·lícula de sabó possible

El nou estudi del Politècnic de Torí és l'última contribució important a un gran projecte de recerca iniciat el 2019 i fet possible gràcies a la col·laboració de nombroses universitats i centres de recerca a nivell internacional: "Juntament amb un grup internacional de col·legues, portem anys treballant en l'ús d'estructures pel·lícules com membranes reactives.”, Spiega Luca Bergamasco, entre els autors de l'estudi.

La recerca forma part del programa multidisciplinari del Projecte Europeu SoFiA (fotosíntesi artificial de pel·lícula de sabó), que implica entre d'altres laUniversitat d'Uppsala, L 'Universitat de Leiden i elUniversitat d'Amsterdam.

A la base del projecte, l'ambiciós objectiu de Imiten la membrana tilacoïdal de les fulles, aquella en la qual tenen lloc els processos de la fase lluminosa de la fotosíntesi, per crear una "síntesi de clorofil·la" artificial a partir de la qual obtenir combustibles solars.

"La fotosíntesi capta la llum solar i utilitza la seva energia per impulsar reaccions químiques que acumulen substàncies riques en energia com els hidrats de carboni.“, Explica Leif Hammarström, professor de física química al Laboratori Ångström de la Universitat d'Uppsala, així com coordinador del projecte.

Plàstica i química: tots els contorns d'una relació... “perillosa”.
Una gota de petroli és suficient per canviar l'ecosistema marí

La fotosíntesi artificial com a alternativa real als fòssils

La majoria de combustibles com l'etanol i l'hidrogen es produeixen actualment fonts fòssils, aprofitant el petroli com a matèria primera. Segons els científics, però, el fotosíntesi artificial representa una alternativa vàlida, sostenible i eficient a aquest procés. Com a substitut de derivats del petroli, s'utilitzen sol, aigua, CO2 i una fina pel·lícula de sabó.

Utilitzant una tècnica semblant a la de cèl·lules solars, és capaç la fotosíntesi artificial estudiada pel professor Hammarström produir combustible en forma gasosa o líquida, simulant el que passa a les plantes, és a dir, transformant l'energia del sol en energia química.

La idea dels científics és, per tant, imitar la membrana tilacoide utilitzant pel·lícules de sabó que continguin classes de tensioactius catalitzadors molècules obtingudes de materials molt abundants a la Terra.

"La major part de la nostra investigació gira al voltant del treball científic bàsic on busquem comprendre els primers principis i desenvolupar nous catalitzadors i mecanismes.", explica Hammarström en una entrevista del 2022, "es tracta de accelerar la reacció química perquè els processos siguin més eficients energèticament".

Enginyeria genètica per a l'agricultura i l'alimentació sostenibles
Aquí teniu el primer gelat de vainilla elaborat amb... residus plàstics

Fotosíntesi per a combustibles sostenibles: més enllà... del sabó

Al Departament de Química de Laboratori d'Ångström no només el grup de Leif Hammarström està ocupat amb bombolles de sabó i tensioactius. En l'equip de recerca coordinat per Pia Lindberg, per exemple, intentem obtenir combustibles no fòssils aprofitant la fotosíntesi natural realitzada per cianobacteris modificats genèticament.

Normalment, els cianobacteris utilitzen la fotosíntesi per créixer, peròEnginyeria genètica pot "convèncer-los" perquè facin alguna cosa completament diferent, com ara produir butanol.

"La idea és produir productes químics i combustibles renovables a partir del diòxid de carboni de l'atmosfera mitjançant microorganismes.", explica Lindberg, "utilitzar la fotosíntesi directament en microorganismes modificats genèticament on podem controlar el que fa i produeix el microorganisme.".

El gran avantatge d'aquest mètode, explica el professor Lindberg, és que “utilitza diòxid de carboni de l'atmosfera, que vol dir que no necessita sucre, sinó que aprofita al màxim el procés propi del cos".

Els últims resultats d'aquesta línia d'investigació es remunten al maig de 2023, quan l'equip de Lindberg va publicar un estudi que demostra que els cianobacteris modificats poden produir isoprè (Un combustible sintètic sostenible perfecte per a l'aviació), utilitzant l'energia solar i el diòxid de carboni present a l'aire.

L'ambiciós projecte de produir combustibles amb zero emissions de CO2, que implica grups d'investigadors d'arreu del món, cada cop està més a prop de ser una realitat.

Captura i emmagatzematge de carboni: com hem d'utilitzar el CO2?
Captar i emmagatzemar CO2: 5 estratègies en el camí cap al zero net