Biofotovoltaico: green energy dal sole

30/08/2021 - Il 28 novembre 2018 è una data significativa per l’Europa e il suo ruolo nella lotta ai cambiamenti climatici. In quel giorno la Commissione europea propugnò un’Europa a impatto climatico zero entro il 2050. Da allora diverse azioni sono state messe in atto al fine di rispettare l’ambizione di raggiungere la neutralità climatica.
 
In particolare, l’orientamento della ricerca è volto verso lo sviluppo di nuove tecnologie risolutive del problema energetico e che siano in grado di utilizzare in modo efficiente l’enorme quantità di energia proveniente dal sole: il sole in un’ora fornisce al pianeta l’energia sufficiente a coprire i consumi di un anno.
 
Il maggior campo di ricerca è dunque quello delle energie rinnovabili, in questo focus daremo uno sguardo ad alcune novità riguardanti il fotovoltaico. 
 
La ricerca sul fotovoltaico sta cercando soluzioni che potenziano la sua resa, attualmente la possibilità di assorbire e trasformare l’energia solare avviene solo durante le ore diurne e in presenza di cielo terso. Altro obiettivo è quello di rendere la tecnologia ancora più sostenibile per quanto rigruarda lo smaltimento dei componenti a fine vita, in modo tale da annulare la produzione dei rifiuti elettronici al termine della vita di un pannello, che è in media di 30 anni. 
 
La ricerca risponde a queste sfide sperimentando e trovando soluzioni in grado di convertire energia solare in elettricità e che siano fonti di energia verde e praticamente illimitate.
 
L’origine di questi studi è il fenomeno della fotosintesi artificiale, le ricerche sono in campo dagli anni '90, tanti sono i nomi degli scienziati che hanno fatto la differenza in questo processo, ma quello del prof. Daniel G. Nocera, padre della bionic leafe 2.0 merita di essere citato.
 
La fotosintesi clorofilliana è un fenomeno ben noto a tutti: per mezzo della luce solare assorbita dalle molecole di clorofilla, sostanze quali acqua e anidride carbonica, a basso contenuto energetico, sono trasformate in sostanze ad elevata concentrazione di energia, ossigeno e carboidrati.
 
La fotosintesi avviene nelle foglie, che possono essere considerate delle vere e proprie piccole centrali energetiche.
 
Il processo della fotosintesi clorofilliana avviene essenzialmente in due fasi:
- fase luce - dipendente detta anche fase luminosa, nel corso della quale la clorofilla assorbe l’energia luminosa necessaria per produrre energia chimica;
 
- fase luce - indipendente o detta fase oscura (ciclo di Calvin). Essa effettua la conversione del carbonio inorganico presente nell’anidride carbonica in molecole di carbonio organico, come il glucosio, impiegando l’energia generata nella fase luminosa.
 
L’obiettivo “ideale” della fotosintesi artificiale è quello di replicare la fotosintesi naturale in laboratorio in modo da produrre energia in maniera del tutto pulita.
 
Gli approcci della ricerca mondiale sono molteplici ed alquanto diversificati, in numerosi laboratori sperimentali sono stati sviluppati prototipi della cosiddetta “foglia artificiale”, ossia un dispositivo composto con materiali sostenibili in grado di produrre idrogeno dall’acqua utilizzando la luce solare. Attualmente, la tecnologia disponibile non si può considerare definitiva.
 
Dal principio della fotosintesi artificiale nasce l’idea del Bio-Fotovoltaico ((Bio-Photovoltaic - BPV), una tecnologia che sfruttando il meccanismo proprio della fotosintesi clorofilliana, riesce a produrre energia elettrica direttamente dalle piante.
 
Il bio-fotovoltaico è una tecnologia emergente che utilizza materiali fotosintetici biologici, come cianobatteri o microalghe eucariotiche, per convertire l’energia solare in elettricità.
 
Come non citare a questo proposito il prototipo del Pannello Bio-Fotovoltaico, progettato degli studenti dell’Iaac di Barcellona nel 2014:
 
 Bio-Photovoltaic System © Iaac di Barcellona
 
I pannelli solari biologici rispondono positivamente anche alla questione sostenibilità in termini di impatto ambientale dovuto allo smaltimento dei componenti “tradizionali” del solare fotovoltaico.
 
Horizon 2020, il programma di finanziamento creato dalla Commissione europea per la ricerca e l'innovazione, ha finanziato il progetto PRO-S®: il primo modulo fotovoltaico biologico al mondo che funziona senza consumare luce solare o batterie, flessibile, riciclabile e riutilizzabile, che è stato sviluppato dall'azienda spagnola Proton New Energy Future.
 
PRO-S® si basa su una formula brevettata che utilizza le proteine batteriche per assorbire la luce visibile e ultravioletta, rendendolo capace di produrre elettricità anche in condizioni di bassa radiazione solare. Ciò consente al modulo di ottenere un’efficienza molto più elevata rispetto ai pannelli fotovoltaici standard sia in giorni soleggiati che nuvolosi.
 
Per la coordinatrice del progetto, Cristina Oliva, l’innovazione più importante apportata sul mercato da PRO-S® è la riutilizzabilità: “sebbene i pannelli solari siano attualmente riciclati, si tratta di un processo molto costoso sia a livello economico che in termini di energia”, ha affermato. A differenza di altre tecnologie fotovoltaiche, PRO-S ® è completamente riciclabile.
 
 Diagram of electron flow in a biological photovoltaic system©Cossiedog. Source: wikipedia
 
Nell’ottica di un’economia circolare nasce l’idea di un’industria solare sostenibile, tema molto sentito e appoggiato ancora una volta da progetti di ricerca come PHOTORAMA, un altro importante progetto dell’Unione Europea per la creazione di una catena del valore circolare redditizia e sostenibile per un’industria fotovoltaica a zero emissioni.
 
Seppur sia ancora una tecnologia pioneristica, quella del Bio-Fotovoltaico associata al mondo delle costruzioni renderebbe “il verde ancora più verde”; il lessico proprio delle costruzioni è ormai cambiato, si parla di smart building, di nearly zero-energy buildings e la tecnologia del pannelli solari biologici contribuirebbe ad aumentare le prestazioni energetiche degli edifici, la riduzione delle emissioni e l’ecodesign del prodotto.