Obiettivi di sviluppo sostenibile

Data di pubblicazione : 09 October 2024

Pubblicato da : Shweta Singh

La fotosintesi artificiale

Soddisfare la crescente domanda di carburante?

La domanda di petrolio è in continua crescita e non è previsto un calo del suo consumo a causa della crescente domanda di energia. Tuttavia, nonostante la crescente domanda di petrolio, diversi fattori, come il prezzo del petrolio e il crescente inquinamento da petrolio, ne influenzano l'utilizzo. Inoltre, anche gli eventi geopolitici hanno causato un'interruzione dell'approvvigionamento di petrolio. Uno degli esempi più significativi è la guerra in Ucraina tra Russia e Ucraina, che ha causato un cambiamento nella domanda di petrolio. Per soddisfare questa domanda, sta crescendo l'uso di soluzioni alternative. Pertanto, negli ultimi anni la preferenza per i combustibili fossili convenzionali è cresciuta, e a causa del crescente esaurimento delle risorse naturali sono state studiate sempre più alternative. Ogni anno, quasi 87 miliardi di risorse naturali vengono esaurite. Tra le diverse alternative, la fotosintesi artificiale è il nuovo metodo recentemente oggetto di ricerca.

Come la fotosintesi artificiale produce petrolio?

Utilizzando la fotosintesi artificiale, uno scienziato è riuscito a produrre petrolio sfruttando acqua, anidride carbonica e luce solare. I ricercatori sono in grado di sviluppare sistemi che sfruttano queste risorse naturali per trasformare l'energia solare in energia chimica e depositarla nei legami del combustibile simulando questo processo. La fotosintesi artificiale è in grado di produrre diversi tipi di combustibile, tra cui idrocarburi sotto forma di metanolo (CH3OH), acido formico (HCOOH), monossido di carbonio (CO) e metano (CH4), o idrogeno puro. Inoltre, i dispositivi utilizzati in questo processo sono celle fotoelettrochimiche o elettrolizzatori accoppiati a fotovoltaico.

Comprendere il processo in dettaglio

• 1. Il primo processo importante consiste nel separare l'acqua in idrocarburi e ossigeno con l'aiuto della luce solare e di un fotocatalizzatore, che svolge un ruolo significativo. Senza l'ausilio dell'elettricità, l'acqua viene scissa in idrogeno e ossigeno concentrando la luce su un catalizzatore, che si trova nella struttura di un foglio e immerso nell'acqua. Grazie all'applicazione dell'energia solare, questo approccio ha il vantaggio di non produrre CO2 durante l'intera fase di produzione.
• 2. Inoltre, per separare l'idrogeno dalla miscela di gas rilasciata, viene utilizzata una membrana di separazione. È essenziale separare correttamente e in sicurezza l'idrogeno dall'ossigeno, poiché la combinazione dei due gas, idrogeno e ossigeno, è esplosiva.

Un'applicazione in cui il carburante generato da

potrebbe essere utilizzata la fotosintesi artificiale

• Trasporti – Di recente, la domanda di veicoli elettrici alimentati a batteria è in forte crescita. Tuttavia, il peso delle batterie è molto più elevato di quello dei serbatoi di carburante e occupa molto spazio. Di conseguenza, era necessaria una soluzione che non sostituisse il carburante e che non contribuisse al riscaldamento globale. Di conseguenza, lo studio della fotosintesi artificiale è in crescita.
• Generare elettricità – Tra il 2010 e il 2021, la domanda di elettricità in tutto il mondo è aumentata di circa 380 TWh. Nella prima metà del 2022, la domanda ha raggiunto circa 13.390 TWh, rispetto ai circa 13.000 del 2021 , nello stesso periodo. L'idrogeno generato dalla fotosintesi artificiale potrebbe essere utilizzato per la produzione di energia. Tuttavia, non potrebbe essere utilizzato per progetti più grandi, ma gli studi hanno comunque rivelato che, con ulteriori miglioramenti, in un prossimo futuro potrebbe anche soddisfare la domanda di elettricità delle persone. Inoltre, sono state condotte ricerche sull'uso della fotosintesi artificiale per la produzione di plastica. Si stima che la plastica sintetica verrà completamente sostituita da materiali rinnovabili. Vari dispositivi costituiti da rivestimenti in plastica, come telefoni cellulari, laptop, vari strumenti medici e altro ancora, verrebbero sostituiti con plastica rinnovabile.

Differenza tra naturale

Fotosintesi e fotosintesi artificiale

A differenza della fotosintesi naturale, che genera glucosio e ossigeno dalla luce solare, dall'acqua e dall'anidride carbonica, la fotosintesi artificiale consiste nel preservare l'energia solare nei legami chimici del combustibile solare. Di conseguenza, i tre processi principali della fotosintesi artificiale sono equivalenti a quelli della fotosintesi naturale: assorbimento della luce per raggiungere uno stato eccitato, sviluppo, separazione delle cariche e conversione chimica per produrre combustibile.

Quali regioni stanno giocando di più

enfasi sulla fotosintesi artificiale?

La regione Asia-Pacifico ha un'elevata domanda di petrolio, con conseguente elevata prevalenza di inquinamento causato dai combustibili fossili. Ad esempio, il consumo di petrolio nella regione Asia-Pacifico è aumentato a quasi 36 milioni di barili al giorno nel 2021, rispetto ai circa 30 milioni di barili al giorno del 2012. Pertanto, questa regione ha lanciato diverse iniziative per promuovere l'adozione della fotosintesi artificiale. Nel 2022, il Giappone stava definendo il quadro per un altro importante test che utilizzerà la fotosintesi artificiale, una tecnologia in via di sviluppo che si prevede rivoluzionerà i tentativi di ridurre le emissioni di carbonio a livello globale. L'iniziativa finanziata dal governo giapponese, che intendeva mettere alla prova la tecnologia nel 2030, dovrebbe essere realizzata dall'Università di Tokyo in collaborazione con aziende come Mitsubishi Chemical e Toyota Motor, insieme a enti di ricerca. L'idea è di commercializzarla entro il 2040, ottenendo l'approvazione delle aziende chimiche. Inoltre, nel 2020, il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) ha dichiarato che, con l'obiettivo di migliorare la fotosintesi artificiale (il processo mediante il quale i combustibili vengono prodotti dalla luce solare), avrebbe stanziato 100 milioni di dollari in cinque anni per due nuovi finanziamenti.

Prospettive di mercato della fotosintesi artificiale

Si prevede che il settore della fotosintesi artificiale genererà il fatturato più elevato, pari a 258 milioni di dollari entro la fine del 2035. Nel 2022, tale fatturato era di circa 68 milioni di dollari. Si prevede che tale crescita avverrà a un ritmo di circa il 17% di CAGR nel periodo previsto 2023-2035.

Ulteriore sviluppo della fotosintesi artificiale

Considerando che le tecniche di fotosintesi artificiale attualmente utilizzate sono molto meno efficaci del processo naturale, si stanno apportando miglioramenti. Il fatto che le nanoparticelle molecolari della fotosintesi artificiale siano meno costose, meno pesanti e più ecologiche rispetto all'attuale tecnologia dei pannelli solari è uno dei fattori che spinge l'ulteriore progresso della tecnologia. Per limitare la dipendenza dalle attuali fonti energetiche, si stima che l'uso della fotosintesi artificiale sia in crescita. Inoltre, questo metodo è destinato a invertire l'effetto del riscaldamento globale poiché utilizza l'anidride carbonica per produrre ossigeno. Inoltre, l'idrogeno generato dalla fotosintesi artificiale può essere impiegato per alimentare motori a combustione modificati o batterie di veicoli ibridi-elettrici. Infine, può essere utilizzato come materia prima chimica non fossile per creare ammoniaca, essenziale per la produzione alimentare.

Conclusione

Si prevede che la fotosintesi artificiale soddisfi la domanda di energia. Tuttavia, la domanda di energia da parte della popolazione è in continua crescita e illimitata. Pertanto, se questa domanda continuasse ad aumentare, il processo non sarebbe in grado di fornire l'energia necessaria, poiché il rapporto continua a cambiare ogni anno e la fotosintesi artificiale non sarebbe in grado di soddisfarlo. Questo processo è nuovo e la ricerca è ancora in corso. Pertanto, la dipendenza dai combustibili fossili potrebbe rimanere la stessa e, a causa di altre alternative, si prevede che questo processo ne subisca gli effetti. Tuttavia, le iniziative governative influenzerebbero l'impulso alle attività di ricerca. Inoltre, grazie ai progressi della tecnologia e della ricerca, i chimici hanno creato una fotosintesi artificiale 10 volte più efficiente rispetto ai sistemi esistenti.