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La [b]fotosintesi[/b] (dal greco φώτο- [foto-], “luce”, e σύνθεσις [synthesis], “costruzione, assemblaggio”) è quel processo che usa l’energia solare per catalizzare reazioni chimiche al fine di costruire molecole utili, tipo zuccheri, da molecole inutili, tipo anidride carbonica. Alla natura questo processo riesce facile, a noi no. Ci piacerebbe tanto sfruttare la marea di energia con cui il sole ci inonda, ma la nano-ingegneria sviluppatasi in piante, alghe e alcuni batteri è straordinariamente complessa. Per avere un’idea guardatevi un po’ di schemi di reazioni sulla [url=http://en.wikipedia.org/wiki/Photosynthesis]pagina di wiki[/url].
Molti gruppi di ricerca in giro per il mondo, come il team del Korea Research Institute of Chemical Technology di Daejon e quello del Ewha Womans University di Seoul (Sud Korea), stanno studiando come semplificare il sistema per poterlo utilizzare industrialmente a costi vantaggiosi.
Si vuole sfruttare la luce per catalizzare reazioni che trasformino direttamente la CO2 in qualcosa di utile. In questo caso si voleva ottenere [b]formiato[/b], materia prima in produzione di plastiche o per le pile a combustibile. Si impiega come catalizzatore della reazione l’enzima [b]formiato deidrogenasi[/b] (a destra nell’immagine) che, dato il costo energetico necessario per staccare un legame C=O dalla CO2, richiede [b]NADH[/b] (e lo converte in NAD+). Quando tutto il NADH è convertito in NAD+ l’enzima smette di lavorare. Occorre un sistema che ricicli il NAD+ in NADH. A tal scopo si aggiunge al sistema uno [b]strano catalizzatore con il rodio[/b] (Rh) che vedete nel centro dell’immagine. Questo catalizzatore compie anch’esso un ciclo e, per ripristinarsi, prende l’energia direttamente da quella grossa molecola a sinistra, chiamata [b]fotocatalizzatore[/b], proprio perché prende l’energia luminosa della luce e la trasferisce all’altro catalizzatore mediante trasferimento elettronico. In pratica come fanno le clorofille. Questa molecola ha un cuore di [b]grafene[/b] (il foglio di soli anelli grigi di carbonio al centro) e [b]porfirine[/b] (quelle parti con gli azoti blu) con attaccati svariati [b]antrachinoni[/b] (i tre anelli uniti con gli ossigeni rossi).
Il vantaggio principale di questo metodo è poter sfruttare la [b]luce visibile[/b], che corrisponde al 46% della radiazione solare che raggiunge la Terra, mentre i sistemi attuali usano principalmente l’UV, che è solo il 4% ma ha maggiore energia ed è quindi più facilmente convertibile. Inoltre tutto il processo è più green.
Questa tecnologia inoltre è facilmente adattabile alla produzione di altre molecole di interesse, basta usare diversi enzimi. Un esempio immediato è costituito dalla [b]sintesi di molecole chirali con controllo sugli stereocentri[/b], facilmente ottenibile poiché la reazione finale è catalizzata da enzimi. Queste molecole sono oro per le industrie farmaceutiche.
[url=http://phys.org/news/2012-07-artificial-photosynthesis-efficiency-boost-graphene.html#ajTabs]News[/url] su phys.org
[url=http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja3009902]Paper[/url] su JACS
