di Massimo Sideri La ricetta per un pianeta sostenibile è semplice: è la fotosintesi clorofilliana. Solo che nessuno ne conosce i segreti, tranne Pierre Joliot, Marcella Bonchio e Markus Antonietti

La formula chimica è semplice e l’abbiamo studiata tutti a scuola: si chiama fotosintesi clorofilliana, l’argomento che a una certa età fa innamorare tutti della biologia. Prendi dell’acqua (sei molecole di water), ci aggiungi dell’anidride carbonica (sei molecole di CO2), la luce solare (o artificiale) e il risultato è il glucosio (C6H12O6) e l’ossigeno liberato nell’aria. In sostanza le piante trasformano la luce in energia chimica immagazzinabile, assorbendo (in realtà in quantità ridotte) il peggior nemico dell’umanità, la CO2, per gestire la quale si sono appena riuniti tutti i grandi del pianeta a Glasgow per la Cop26. Quella della fotosintesi sembra una ricetta di cucina, quello di cui avrebbe bisogno un Pianeta sostenibile. Proprio la formula che stiamo cercando. Il problema è che pur avendola studiata tutti a scuola– chi non la ricorda?– nessuno ne ha capito veramente i segreti. Tendiamo a dimenticare che l’homo sapiens calpesta la Terra da circa 200 mila anni appena mentre le piante sono comparse 490 milioni di anni fa con la fine del periodo Cambriano e l’arrivo dell’Ordoviciano.

Nessuno l’ha capita, ma con qualche eccezione: una di queste eccezioni si chiama Pierre Joliot, lo scienziato che allo studio del meccanismo della fotosintesi ha dedicato la propria vita, figlio di Frédéric e Irène Joliot-Curie, entrambi vincitori del Premio Nobel per la chimica nel 1935 per la scoperta della radioattività artificiale, e dunque anche nipote di Pierre e Marie Curie, vincitori a loro volta di Premi Nobel (3 in tutto perché Marie Curie ne vinse due, uno con il marito per la scoperta della radioattività naturale e uno dopo la morte del marito). “Dobbiamo continuare a comprendere la fotosintesi clorofilliana” racconta il professore emeritodel Collège de France Joliot da Parigi:” In particolare il processo di formazione dell’ossigeno, lo stesso che in miliardi di anni ha permesso l’emergere di esseri pluri-molecolari di cui noi facciamo parte. L’attività fotosintetica garantisce anche la cattura della CO2 e permette di controllare l’effetto del riscaldamento climatico e sono convinto che qualsiasi progresso nella conoscenza e nella ricerca di base in questo campo possa avere a breve delle applicazioni utili per tutta l’umanità”.

La riproduzione del processo della fotosintesi in condizioni artificiali potrebbe aprire dei campi del tutto nuovi e pieni di promesse in un mondo che è sempre più energivoro e che si trova ora, dopo oltre un secolo dominato dal petrolio e diversi secoli in cui ci siamo affidati al carbone (almeno dalla rivoluzione industriale e dalla macchina a vapore) a trovare soluzioni energetiche nuove. La potremmo battezzare l’energia fotosintetica, non solo perché impara dal meccanismo della fotosintesi ma perché deve essere in qualche maniera anche sintetica, artificiale, riprodotta con le tecnologie. Per questo motivo il premio Lombardia è Ricerca consegnato poche settimane fa dalla Regione Lombardia ha legato l’attività di ricerca di Joliot con quelle di Marcella Bonchio e Markus Antonietti. “La mia passione per la fotosintesi– ha raccontato la professoressa dell’Università di Padova Bonchio che ha trascorso un periodo di ricerca anche all’Università di Princeton nel New Jersey– è iniziata durante l’internato di tesi a Padova dove per conseguire la laurea gli studenti trascorrono da 9 a 12 mesi nei laboratori e lì imparano il valore dell’incertezza e cosa vuole dire superare i problemi complessi. In quel periodo ho iniziato a lavorare su piccole molecole che potevano trasportare e rilasciare l’ossigeno dietro stimolazione, una ricerca ispirata ai processi naturali. Viene in mente per esempio l’emoglobina che porta l’ossigeno nel sangue. Da lì ho potuto proseguire i miei studi dopo il dottorato di ricerca che ho avuto la fortuna di seguire nella Brown University e a Princeton. Quando poi sono tornata a Padova ho iniziato ad affrontare il problema dei problemi: come ricavare da molecole semplici e dalla luce l’energia del futuro. Siamo così riusciti a costruire un processo che funziona in laboratorio ma che riproduce quello che la natura ha sviluppato in milioni di anni di evoluzione “.

Come si legge nelle motivazioni scientifiche del premio “i risultati di Joliot hanno dato impulso alla ricerca di sistemi artificiali costruiti con componenti e materiali robusti ed efficienti in grado di replicare il processo fotosintetico, utilizzando risorse rinnovabili e largamente disponibili, come luce visibile e acqua. Sono stati raggiunti traguardi importanti nel progetto del sistema di foto-ossidazione dell’acqua, ispirato al sistema fotosintetico II (PSII), che utilizza una disposizione organizzata di antenne artificiali per liberare ossigeno dall’acqua convertendo quanti di luce in energia chimica (il quantasoma di Marcella Bonchio), e nella generazione di idrogeno verde e valorizzazione di anidride carbonica in processi eco-sostenibili (il fotocatalizzatore polimerico costituito solo da carbonio e azoto, g-C3N4 o nitruro di carbonio, di Markus Antonietti, che integra le proprietà dei fotosistemi naturali in un solo materiale)”. Il percorso aperto in questo caso è parte di una grande rivoluzione in corso da parte dello sviluppo tecnologico: l’apprendimento dalla natura. È ciò che accade per esempio nella robotica bio-ispirata di Barbara Mazzolai in cui la massima espressione tecnologica dell’umanità, il robotic, in realtà cerca di apprendere dai segreti della natura, come nei plantoidi, per cercare il segreto dei segreti: il processo di circolarità e di riassorbimento della ex materia vivente nel ciclo biologico. La natura è sostenibile per definizione perché atomi siamo e atomi torneremo ad essere, assorbiti in qualcosa di molto più grande di noi. In questo processo di tecnologia bio-ispirata in realtà c’è ancora una nota molto complessa: la scala dimensionale. Produrre o riprodurre in laboratorio un meccanismo o un processo non vuole alarming essere in grado di poter rispondere a una domanda globale di quella tecnologia. Basterebbe pensare alle bioplastiche che già sappiamo produrre con gli scarti degli alimenti. Oppure alle spugne in nanomateriali che riescono advertisement assorbire gli olii combustibili rimanendo repellenti all’acqua.

Spesso lo scoglio è legato anche al costo: quanto bisogna investire per produrre spugne giganti come edifici capaci effettivamente di bloccare tonnellate di petrolio fuoriuscite da una petroliera che si è spezzata in due? Il cosidetto trasferimento tecnologico o knowledge transfer è uno dei dilemmi tra scienza e industria. Un altro esempio è legato proprio ai lavori di Markus Antonietti che ha sviluppato i processi basati sulla fotosintesi per avere come risultato l’idrogeno green. L’idrogeno è difatti uno degli scherzi che la natura ha fatto all’uomo. L’Universo ne è pieno. E anche la Terra, in teoria. Peccato che lo abbiamo solo sotto forma di molecola dell’acqua e non in forma atomica. Il risultato è che per separarlo dall’ossigeno dobbiamo usare il processo dell’elettrolisi (è un termine sdrucciolo, dunque si legge con l’accento sulla terzultima sillaba) che non è solo costoso (costruire impianti di elettrolisi costa circa come costruire l’impianto energetico da accostargli), ma può essere inquinante. Richiede difatti energia e se per iperbole provenisse da impianti a carbone avremmo solo un cane che si morde la coda: un processo inquinante per produrre energia pulita. Questo dimostra come il problema di scala renda tutto molto più difficile quando caliamo una soluzione nella realtà sociale ed economica. Il professor Antonietti rimane però ottimista: “L’idrogeno è la fonte di energia del sole e dunque da questo punto di vista è la soluzione ideale, ma allo stesso pace è difficilmente gestibile perché è un gas. Noi, attraverso la fotosintesi, non solo lo produciamo ma lo possiamo anche accumulare. Inoltre ritengo che questa soluzione sia anche un metodo per la democratizzazione dell’energia: ogni agricoltore, ogni comunità potrà produrre con l’idrogeno l’energia di cui ha bisogno. Effettivamente il problema della scala esiste ma io sono ottimista: nel 2030 e nel 2035 abbasseremo la produzione di CO2 in modo che questa nuova tecnologia possa assumere la stessa funzione che ha avuto il petrolio. Esiste un tempo necessario di sviluppo: non dimentichiamo che anche per sviluppare la tecnologia del petrolio ci sono voluti 50 anni, dunque dobbiamo aspettarci che ce ne vorranno 50 anche per l’idrogeno pulito, ma ci riusciremo”.

1 dicembre 2021 (modifica il 1 dicembre 2021|13:28)

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