Il Nobel lombardo a chi imita la fotosintesi e crea energia pulita

Marcella Bonchio, Markus Antonietti e Pierre Joliot si aggiudicano l'edizione 2000-2021 del Premio Internazionale «Lombardia è ricerca», il riconoscimento promosso da Regione Lombardia che assegna 1 milione di euro alla migliore scoperta scientifica nell'ambito delle «Scienze della vita» individuata da una giuria di 15 top scientist di livello internazionale. Il tema di quest'anno è la Sostenibilità Ambientale e Qualità della Vita.

I tre ricercatori hanno studiato il processo che porta «energia pulita dalla fotosintesi artificiale ispirata ai meccanismi della natura». Tradotto: comprendere e massimizzare l'efficienza della fotosintesi per riequilibrare l'eccesso di emissioni di CO2 e allo stesso tempo realizzare sistemi in grado di riprodurre il cuore di questo processo naturale: la scissione dell'acqua nei suoi componenti, ossigeno e idrogeno, utilizzando solo la luce del sole. In questo modo, si ottiene un idrogeno completamente «verde», a differenza di quello che abbiano attualmente a disposizione, prodotto da combustibili fossili.

Nel dettaglio Pierre Joliot, nipote di Pierre e Marie Curie, premi Nobel e fra gli scopritori della radioattività, professore onorario al Collège de France, ha lavorato alla «ricostruzione» in laboratorio del motore biologico della fotosintesi, mentre all'università di Padova la milanese Marcella Bonchio, ordinaria di Chimica organica, ha realizzato in laboratorio un sistema chimico che riproduce la scissione dell'acqua in ossigeno e idrogeno. A Berlino Markus Antonietti, docente di Chimica all'Università di Potsdam, ha utilizzato allo stesso scopo una sostanza sintetica capace di dividere l'acqua in idrogeno e ossigeno.

Spiega il senso della ricerca Giorgio Parisi, Premio Nobel per la fisica 2021: «Un mondo sostenibile significa anche catturare l'energia solare non solo con il fotovoltaico, ma con tutti i sistemi possibili prendendo esempio anche dalla fotosintesi clorofilliana, uno dei sistemi più efficienti per captare l'energia e trasformarla». «In un periodo in cui l'ambiente è al centro dell'attenzione internazionale - ha commentato l'assessore regionale a Università e Ricerca Fabrizio Sala - il Premio accende i riflettori su questo straordinario processo naturale, la fotosintesi, in grado di riequilibrare l'eccesso di CO2 prodotto dall'uso di combustibili fossili. Le ricerche premiate hanno anche come obiettivo un cambio di paradigma per la produzione diretta di combustibili solari e in particolare di idrogeno verde, ottenuto cioè solo da fonti rinnovabili, come acqua e luce solare».

I beneficiari lombardi del Premio studieranno soluzioni innovative per rendere la fotosintesi più efficiente, chiarendone i meccanismi fondamentali e sviluppando alternative artificiali attraverso una ricerca focalizzata sui materiali fotosintetici e i dispositivi fotocatalitici. Sarà uno sforzo unitario e interdisciplinare che affronterà l'interazione luce-materia, creando nuovi materiali e nuovi dispositivi nanotecnologici per l'energia pulita.

Pierre Joliot ha scoperto il meccanismo della scissione dell'acqua nei suoi elementi chimici fondamentali nella fotosintesi naturale: un processo in cui l'energia solare viene immagazzinata per produrre ossigeno e idrogeno dall'acqua. Ma la scissione dell'acqua è un processo estremamente difficile da riprodurre con dispositivi artificiali.

La strada messa a punto da Bonchio prevede un sistema chimico organico/inorganico che si auto-organizza a più livelli, integrando un modulo «solare», ovvero un sistema di antenne che circondano e alimentano un centro di reazione dove la molecola di acqua viene trasformata in ossigeno, liberando elettroni e protoni per la produzione di idrogeno. La funzione è simile a quella della foglia naturale ma i componenti sono robusti, versatili e ottenibili su larga scala di interesse industriale.