Passa ai contenuti principali

Una membrana ispirata ai polmoni per ricavare energia dall'acqua

Ottenere energia pulita è facile come... respirare? Un processo che imita gli scambi gassosi negli alveoli polmonari è servito, in laboratorio, a separare idrogeno e ossigeno in modo efficiente, in una reazione che si autosostiene.

alveoli-polmonari
La struttura ramificata degli alveoli polmonari.

Respirare è l'atto più naturale e spontaneo al mondo - lo facciamo circa ventimila volte al giorno, per un totale di 11 mila litri di gas scambiatiin 24 ore - eppure è un meccanismo estremamente complesso e - per alcune categorie di scienziati - anche una fonte di ispirazione.

Un gruppo di ingegneri chimici della Stanford University ha guardato ai polmoni dei mammiferi per ideare un meccanismo che ricavi idrogeno dall'acqua in modo efficiente ed economico, e che potrebbe dare una decisa spinta in avanti alle tecnologie per l'energia pulita. Quello descritto in un articolo scientifico pubblicato su Joule è un elettrocatalizzatore - cioè un materiale che incrementa le reazioni chimiche a un elettrodo senza essere consumato nel processo - in grado di separare l'acqua in molecole di idrogeno e di ossigeno e di riutilizzare l'ossigeno come carburante per la catalisi stessa.

OBIETTIVO AMBIZIOSO. L'idea di ricavare dall'acqua un vettore energetico, cioè un elemento che, come l'idrogeno, veicoli l'energia da una forma ad un'altra (pur non essendo una fonte diretta di energia, disponibile in natura) circola da diversi anni, ma il problema è sempre stato la mancanza di efficienza. L'energia che occorre per separare idrogeno e ossigeno nell'acqua è maggiore della quantità di energia generata nel processo. Il nuovo metodo ispirato ai polmoni non solo li separa in uno stesso sistema, ma riutilizza l'ossigeno per alimentare il meccanismo.

BIOMIMETICA. Il tentativo qui effettuato prevede di imitare il meccanismo di scambio gassoso in due direzioni che nel nostro corpo avviene all'interno degli alveoli polmonari, le minuscole sacche d'aria che costituiscono le unità di base del nostro sistema respiratorio. Gli alveoli permettono all'ossigeno che inaliamo di diffondersi attraverso di essi fino al circolo sanguigno, e fanno sì che l'anidride carbonica prodotta durante la respirazione cellulare passi attraverso di essi per poi essere espirata.

La speciale membrana degli alveoli, che repelle le molecole di ossigeno su di un lato (l'interno) e le attrae sull'altro (l'esterno), fa in modo che lo scambio di gas avvenga in modo efficiente e senza la formazione di pericolose "bolle", che potrebbero finire nella circolazione sanguigna.

I PRIMI RISULTATI. Gli scienziati di Stanford hanno incorporato una membrana ultrasottile in polietilene ispirata alla struttura degli alveoli polmonari nel loro sistema, e sono riusciti da un lato a estrarre idrogeno dall'acqua in modo efficiente (con un processo che mima l'espirazione), dall'altra a riutilizzare l'ossigeno ottenuto per sostenere i costi energetici della reazione (con un meccanismo che genera energia consumando ossigeno, e che imita l'inspirazione).

Anche se il meccanismo è ancora in fase iniziale e ben lontano dalla commercializzazione, la speranza è che possa un giorno servire ad alimentare celle a combustibile, che ottengono energia elettrica tipicamente da idrogeno e ossigeno, o le batterie metallo-aria, che producono energia a zero emissioni, attraverso l'ossidazione di un metallo con ossigeno atmosferico.

Commenti

Post popolari in questo blog

CoViD-19: un nuovo studio sui danni cardiaci

  Uno studio denuncia i danni provocati dal virus della covid su colture di cellule cardiache umane: un esperimento di laboratorio che deve però essere verificato. La CoViD-19, da tutti nota per essere una patologia polmonare, causerebbe anche danni al cuore: su questo aspetto della malattia, ancora poco noto e sul quale si sta  ancora studiando , indaga  uno studio preliminare , non ancora verificato in peer review, ma «dovevo pubblicare ciò che ho scoperto!», ha dichiarato Todd McDevitt, uno degli autori della ricerca. Gli esperimenti effettuati in vitro dai ricercatori restituiscono un quadro poco roseo: il SARS-CoV-2, il coronavirus che causa la covid, danneggerebbe le fibre muscolari che permettono al cuore di battere, fino a  ridurle in pezzettini . «Una carneficina di cellule umane», l'ha definita Bruce Conklin, uno degli autori. MUSCOLI SOTTO ATTACCO.  È importante sottolineare che  lo studio è stato effettuato su campioni di cellule in vitro . I ricercatori hanno analizzat

Le idee di Darwin per rigenerare le foreste

  Più di un secolo fa, Darwin suggerì un metodo alternativo per ripiantare le foreste, e ora lo stiamo finalmente ascoltando.     La foresta di Białowieża, in Polonia.  L'origine delle specie  è uno dei libri più famosi, influenti e importanti dei nostri tempi – un'osservazione forse non particolarmente originale, ma indiscutibile. Il saggio di  Charles Darwin  pubblicato nel 1859 ha cambiato il nostro modo di vedere il mondo e soprattutto i viventi, e contiene una quantità infinita di idee e spunti che sono stati poi approfonditi nei successivi 150 anni, andando a costituire la base della teoria evoluzionistica (e non solo). RIFORESTAZIONE E GAS SERRA.  Si tratta di un libro talmente denso che ancora oggi, rileggendolo, scopriamo passaggi illuminanti: è quanto raccontano su  The Conversation  Rob MacKenzie e Christine Foyer dell'Università di Birmingham, che si occupano rispettivamente di atmosfera e di piante. I due docenti raccontano che  L'origine delle specie  cust

Le nuove immagini della nebulosa dell'Aquila

Li chiamano i pilastri della creazione, perché là stanno nascendo nuove stelle e quindi nuovi pianeti. Sono alcune parti della nebulosa dell'Aquila. Il telescopio Hubble li ha fotografati più volte, la prima volta nel 1995. E ora a 20 anni di distanza le nuove foto sono davvero bellissime. E spiegano che cosa sta succedendo in una nursery stellare. Per festeggiare i suoi primi 25 anni di lavoro ( l'anniversario sarà il 24 aprile ),  il telescopio Hubble ha scattato una nuova immagine dei cosidetti  "Pilastri della Creazione"  che si trovano nella Nebulosa dell'Aquila e che furono fotografati per la prima volta nel 1995. La prima foto delle tre enormi e dense colonne di gas e polvere interstellari che racchiudono migliaia di stelle in formazione, è stata giustamente definita una delle 10 migliori immagini scattate da Hubble (vedi gallery sotto). Ma non è soltanto magnifica: ha contribuito ad aumentare notevolmente la nostra comprensione dei fenomeni di