Un team di ricerca canadese ha scoperto come produrre elettricità elettrica dalle alghe in modo sostenibile.
Le fonti energetiche sostenibili non sono mai abbastanza in un’epoca di transizione verso un settore energetico rinnovabile e decarbonizzato. E tra i metodi più promettenti c’è la produzione di elettricità a partire dalla fotosintesi delle alghe, studiata alla Concordia University in Quebec. All’attuale livello di ricerca non potranno alimentare grandi impianti, ma possono comunque essere utilizzate per dispositivi a bassa potenza, come i sensori alla base dell’Internet of Things. Ecco come funziona il procedimento.
Le alghe che producono elettricità
I ricercatori della Concordia University in Quebec hanno sviluppato un modo per raccogliere energia dal processo di fotosintesi delle alghe, con l’obiettivo di offrire una fonte continua di energia sostenibile.
Il team dell’Optical-Bio Microsystems Lab dell’Università genera elettricità sospendendo le alghe in una soluzione specializzata e ospitandole in piccole celle energetiche. Il loro modello cattura gli elettroni per generare elettricità, rendendola non solo a emissioni zero ma addirittura negative. Secondo i ricercatori, se configurate correttamente, le loro celle di potenza micro-fotosintetiche (μPSC) hanno la capacità di produrre energia sufficiente per far funzionare gadget a bassissima e bassa potenza. Per esempio, i sensori dell’Internet delle cose (IoT) indispensabili per la transizione ecologica e digitale del costruito.
«L’integrazione dei µPSC nel regno delle fonti energetiche sostenibili rappresenta un significativo passo avanti, con un potenziale impatto su vari settori che dipendono da soluzioni a basso consumo», ha affermato il team.
Come funzionano le celle microfotosintetiche?
In una configurazione µPSC, una membrana a scambio protonico a forma di nido d’ape divide le camere anodica e catodica della cella di potenza microfotosintetica. I ricercatori hanno costruito microelettrodi su entrambi i lati della membrana per raccogliere le cariche rilasciate dalle alghe durante la fotosintesi. Ogni camera è piuttosto piccola e misura solo due centimetri per due centimetri per quattro millimetri. La camera dell’anodo contiene una soluzione in cui sono sospese le alghe, il catodo è riempito con ferricianuro di potassio, un accettore di elettroni.
Secondo i ricercatori, quando le alghe iniziano a emettere elettroni a causa della fotosintesi, gli elettroni vengono raccolti attraverso gli elettrodi nella membrana e condotti, generando una corrente. I protoni, invece, attraversano la membrana ed entrano nel catodo, ossidando e riducendo il ferrocianuro di potassio. Il processo funziona anche senza luce solare diretta, anche se con intensità inferiore.
«Proprio come gli esseri umani, le alghe respirano costantemente, ma assorbono anidride carbonica e rilasciano ossigeno. Grazie al loro meccanismo di fotosintesi, rilasciano elettroni anche durante la respirazione», ha affermato Dhilippan Panneerselvam, dottorando presso l’Università e coautore dello studio. «La produzione di elettricità non viene fermata. Gli elettroni sono continuamente raccolti».
Un metodo efficiente ed ecologico
I ricercatori hanno testato le prestazioni delle celle energetiche microfotosintetiche (μPSC) in varie configurazioni. In un set, le configurazioni includevano due µPSC in serie con tre set in parallelo, tre in serie con due set in parallelo, quattro in serie con altri due in serie ed entrambi i set in parallelo e cinque in serie con uno in parallelo. Secondo i ricercatori, le variazioni delle prestazioni sono state normalizzate per tensione, corrente e potenza a causa delle differenze di fabbricazione e del cambiamento delle condizioni.
I test hanno dimostrato che la combinazione di serie e array paralleli di celle di potenza microfotosintetiche (μPSC) genera più energia rispetto all’utilizzo solo di connessioni in serie o in parallelo.
Il team riconosce l’incapacità del sistema di competere con metodi alternativi di generazione di energia, come le celle solari. Una cella di alimentazione microfotosintetica ha solo una tensione terminale massima di 1,0 V. Tuttavia, con sufficiente ricerca e sviluppo, comprese le tecnologie di integrazione assistita dall’intelligenza artificiale, i ricercatori ritengono che la tecnologia potrebbe diventare una fonte di energia praticabile, conveniente e pulita in futuro.
Il team sottolinea che il sistema messo a punto non utilizza gas pericolosi o microfibre necessarie invece per la tecnologia di fabbricazione del silicio su cui si basano le celle fotovoltaiche. «Inoltre, smaltire i chip dei computer in silicio non è facile. Usiamo polimeri biocompatibili, quindi l’intero sistema è facilmente scomponibile e molto economico da produrre», ha affermato Muthukumaran Packirisamy, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Industriale e Aerospaziale. I dettagli dello studio del team sono pubblicati sulla rivista Energies.
