Passi avanti sul biofotovoltaico microbico
(Rinnovabili.it) – L’energia solare prende vita, letteralmente. I ricercatori dell’Istituto di microbiologia dell’Accademia cinese delle scienze hanno realizzato un nuovo sistema di biofotovoltaico basato su batteri che ha raggiunto un risultato promettente in termini rapporto tra densità di potenza e longevità del prodotto. Per capire perché ciò è importante, è necessario fare qualche passo indietro.
Il biofotovoltaico (Bio-Photovoltaic – BPV) è una tecnologia emergente che utilizza materiali fotosintetici biologici, come cianobatteri o microalghe eucariotiche, per convertire l’energia solare in elettricità. Ciò significa che il BPV è più compatibile con l’ambiente e potenzialmente più economico rispetto al fotovoltaico tradizionale a base di semiconduttori come il silicio. “Inoltre – scrivono i ricercatori cinesi – i sistemi BPV possono potenzialmente funzionare in maniera continuata durante il giorno e la notte, poiché i composti organici accumulati durante le ore di sole attraverso la fotosintesi possono essere convertiti in elettricità in quelle notturne”.
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Il problema principale del biofotovoltaico è la bassa densità di potenza. La causa è da ricercare nella scarsa capacità dei microrganismi fotosintetici di trasferire elettroni all’esterno delle celle solari. Per aggirare questo problema, i ricercatori hanno creato un consorzio microbico a due specie, manipolandole geneticamente perché collaborassero.
Questo consorzio è composto da cianobatteri fotosintetici e dai batteri esoelettrogeni Shewanella, con questi ultimi dotati di una forte capacità di trasferire elettroni extracellulari.
L’esperimento ha impiegato l’acido lattico (D-lattato) come vettore energetico responsabile del trasferimento diretto di energia tra le due specie microbiche. Nel dettaglio, all’interno del sistema batterico, i cianobatteri catturano l’energia solare e fissano la CO2 per sintetizzare l’acido lattico, che a sua volta viene ossidato dalla Shewanella rilasciando elettroni. In questo modo si crea un flusso di elettroni limitato dai fotoni al D-lattato.
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Il team ha realizzato una cella solare biologica miniaturizzata creando un anodo conduttivo in 3D e configurandolo con un sistema microfluidico permeabile al gas. Ciò ha permesso di sostenere la produzione per circa 20 giorni con un ciclo luce / buio. I ricercatori sostengono tuttavia che il loro biofotovoltaico possa funzionare stabilmente per oltre 40 giorni con una densità di potenza media di 135 mW/m. “Questo studio fa avanzare significativamente le nostre conoscenze sull’efficienza e la longevità del biofotovoltaico, quindi rappresenta un passo importante verso un ulteriore miglioramento dei sistemi BPV”. La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications (testo in inglese).