La ricerca in Fotosintesi Artificiale in Italia

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo.

a cura di Sebastiano Campagna, Paola Ceroni, Franco Scandola

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 L’interessante articolo postato da Luigi Campanella ha il lodevole effetto di richiamare l’attenzione in ambito SCI sulla Fotosintesi Artificiale come potenziale risposta ai problemi energetici su scala globale. Per illustrare le basi del settore l’articolo prende ad esempio le ricerche effettuate all’Università della North Carolina dal gruppo di Thomas J. Meyer, senz’altro uno dei più attivi e conosciuti a livello internazionale nel settore. In realtà, la Fotosintesi Artificiale è oggetto di intensa attività di ricerca in molti paesi, con specifici consorzi e progetti di ricerca dedicati (per un quadro complessivo della situazione a livello internazionale, vedasi, ad es., S. Campagna, M. Bonchio, M. Venturi, F. Scandola “Verso una Fotosintesi Artificiale: Competenze, Strutture, Progetti di Ricerca nel Settore” La Chimica & L’Industria, Lug../Ago 2012, p. 88).

          Ci sembra opportuno fare notare in questa sede che in Italia la ricerca sulla Fotosintesi Artificiale è particolarmente vivace e largamente competitiva con quella di altri paesi europei e americani, certamente per competenze e attività, anche se non per l’entità dei finanziamenti. Il settore ha qui radici molto profonde, che si possono far risalire a più di un secolo fa, con le profetiche visioni di Giacomo Ciamician “…On the arid lands there will spring up industrial colonies without smoke and without smokestacks; forests of glass tubes will extend over the plains and glass buildings will rise everywhere; inside of these will take place the photochemical processes that hitherto have been the guarded secret of the plants, but that will have been mastered by human industry which will know how to make them bear even more abundant fruit than nature, for nature is not in a hurry and mankind is. And if in a distant future the supply of coal becomes completely exhausted, civilization will not be checked by that, for life and civilization will continue as long as the sun shines! If our black and nervous civilization, based on coal, shall be followed by a quieter civilization based on the utilization of solar energy, that will not be harmful to progress and to human happiness.” (THE PHOTOCHEMISTRY OF THE FUTURE, 1912) Proseguendo in questa tradizione Vincenzo Balzani, uno dei pionieri della Fotosintesi Artificiale, già a partire dagli anni ‘70 affrontò in termini generali il problema della conversione dell’energia solare attraverso la scissione fotosensibilizzata dell’acqua (Science 1975, 189, 852-856), stimolando successiva attività di molti altri gruppi di ricerca.

Research 5cLa struttura generale schematica di un sistema fotosintetico artificiale comprende una serie di specifiche unità funzionali: (i) l’antenna, cioè un insieme di cromofori avente il ruolo di assorbire luce solare e convogliarla ad un sito specifico attraverso una serie di trasferimenti energetici intramolecolari; (ii) un centro di reazione, costituito da una serie di specie redox-attive, in cui l’energia elettronica è utilizzata per compiere una serie di processi di trasferimento elettronico che portano alla separazione delle cariche, con conversione dell’energia elettronica in energia redox; (iii) catalizzatori multi-elettronici, capaci di accumulare cariche (elettroni o lacune elettroniche) per

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compiere processi quali l’ossidazione dell’acqua ad ossigeno molecolare e la riduzione dei protoni ad idrogeno molecolare.

            Nello sviluppo di questi tipi di unità funzionali e nel loro assemblaggio in sistemi integrati sono attivi numerosi gruppi di ricerca italiani. Attualmente, il principale strumento di finanziamento delle ricerche italiane di Fotosintesi Artificiale è il progetto FIRB-RBAP11C58YNANOSOLAR” (2012-2016), con un budget di 4.240.000 €, coordinatore Sebastiano Campagna (UniME), a cui partecipano unità di ricerca di UniTS, UniPD, ITM-CNR, UniFE, UniBO, ISOF-CNR, SincrotroneTS. Il progetto ha come obiettivo finale lo sviluppo di una cella foto-elettrochimica (PEC) integrante due foto-elettrodi nano strutturati, per l’evoluzione parallela di ossigeno ed idrogeno sotto irradiazione visibile. Ha finora prodotto la pubblicazione di numerosi lavori su riviste internazionali ad alto fattore di impatto. I risultati sono stati comunicati ai più importanti congressi internazionali del settore.

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            Allo scopo di coordinare e potenziare le ricerche in Fotosintesi Artificiale, è stato costituito nel 2009 il Centro di Ricerca Interuniversitario per la Conversione Chimica dell’Energia Solare (SOLAR-CHEM) che ha come soci fondatori le Università di Ferrara (Dipartimento di Scienze Chimiche e Farmaceutiche), di Messina (Dipartimento di Chimica Inorganica, Chimica Analitica e Chimica Fisica) e di Bologna (Dipartimento di Chimica “G. Ciamician”). Raggruppa cioè i laboratori italiani che sono tra i fondatori della moderna ricerca sulla fotosintesi artificiale e che hanno profondamente contribuito negli ultimi 35 anni allo sviluppo di questo settore a livello internazionale. Solidamente integrato con altri gruppi di ricerca internazionali e coinvolto in una vasta rete di collaborazioni, il Centro SOLAR-CHEM nei pochi anni intercorsi dalla sua fondazione si è ulteriormente ingrandito con la partecipazione di altre università, quali Padova e Trieste, così che al momento sono più di 30 i ricercatori che ne fanno parte. Il Centro ha come finalità quella di contribuire, attraverso un approccio interdisciplinare, allo sviluppo di metodologie efficienti per la conversione dell’energia solare in combustibili, evidenziando la presenza in Italia di competenze consolidate, coordinate e convergenti e migliorando ulteriormente le attività di collaborazione già in atto tra gruppi di ricerca delle Università convenzionate, con condivisione di apparecchiature e di personale. Il Centro ha inoltre la finalità di promuovere giornate di studio, seminari e convegni, anche a carattere internazionale, favorendo scambi di docenti e ricercatori.

            Come si evince da queste brevi note, la ricerca sulla Fotosintesi Artificiale in Italia, forte di una lunga tradizione, gode attualmente di grande vitalità e salute. La consolidata rete di laboratori operanti nel settore offre in Italia un ambiente ideale e stimolante, pienamente competitivo a livello internazionale, per tutti i ricercatori interessati alla conversione chimica dell’energia solare.

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