Grazie allo sviluppo di metodi innovativi per l'analisi del flusso di elettroni fotosintetici migliorate le reazioni interne ai sistemi biofotovoltaici a base del cianobatterio Synechocystis
Il biofotovoltaico rappresenta una nuova tecnologia energetica su cui si stanno raccogliendo diversi interessi scientifici. E proprio in virtù della sua giovane età presenta ancora molti punti oscuri. Una nuova ricerca realizzata da esperti della Helmholtz Centre for Environmental Research e della University Kassel, in Germania, fa chiarezza su uno di questi. Lo studio analizza da vicino i sistemi biofotovoltaici e uno dei passaggi chiave per la loro produzione energetica: il trasferimento di elettroni extracellulare (EET). Ma per comprendere appieno i risultati è necessario fare qualche asso indietro.
Cosa sono i sistemi biofotovoltaici?
I sistemi biofotovoltaici sono i dispositivi ibridi che trasformano l’energia solare in elettricità con l’aiuto di microbi fotosintetici. Nel dettaglio i batteri hanno il compito di sfruttare la luce solare in una cella elettrochimica per scindere le molecole d’acqua rilasciando elettroni. e quest’ultimi vengono raccolti tramite elettrodi.
Al centro del loro funzionamento c’è dunque la capacità di alcuni microorganismi di eseguire quello che in biologia viene chiamato trasferimento di elettroni extracellulare (EET). Questo meccanismo metabolico permette alle cariche negative di essere trasferite da un donatore interno alla cellula a un accettore esterno. Nel caso del biofotovoltaico, all’anodo della cella elettrochimica.
Non sempre tuttavia questo passaggio è facile e diretto. Ecco perché spesso nel biofotovoltaico vengono impiegate molecole redox-attive, note come mediatori, per facilitare il trasferimento di elettroni. Molecole come il ferricianuro e i chinoni.
Ad oggi tuttavia si conosce ben poco dei percorsi EET e dei loro impatti sulla fisiologia cellulare, gap che ha impedito di migliorare le prestazioni di tali sistemi.
Nuove informazioni sul flusso di elettroni
Il team ha studiato i flussi di elettroni fotosintetici del cianobatterio Synechocystis coltivato in un sistema biofotovoltaico mediato da ferricianuro. Ottenendo in questo modo informazioni importanti sul ruolo dell’EET nella cella batterica.
Il risultato? Il trasferimento di elettroni extracellulare non sembrerebbe influire in modo significativo sulla crescita cellulare o su altre reazioni chiave con quella dell’evoluzione dell’ossigeno. Tuttavia, compete con i meccanismi fotoprotettivi naturali, reindirizzando gli elettroni a valle del fotosistema I. Ciò ha permesso di fare chiarezza sulla fonte di elettroni per l’EET mediato dal ferricianuro, un passaggio fondamentale nell’ottimizzazione dell’efficienza dei sistemi biofotovoltaici.
Inoltre, la ricerca ha evidenziato che elevate concentrazioni di ferricianuro possono alterare la catena di trasporto degli elettroni indipendentemente dall’EET, imitando gli effetti del cianuro in tracce. Questa scoperta sottolinea la necessità di bilanciare attentamente le concentrazioni di mediatori per migliorare l’efficienza riducendo al minimo i potenziali effetti biotossici.
“La ricerca fornisce una comprensione a livello molecolare del flusso di elettroni fotosintetici nei sistemi BPV, aprendo la strada a progetti più efficienti”, hanno osservato gli autori. Lo studio è stato pubblicato su Environmental Science and Ecotechnology (testo in inglese).
