L’incremento continuo del fabbisogno energetico mondiale e le conseguenti crisi politiche e ambientali legate all’approvvigionamento di combustibili e all’inquinamento, hanno mostrato che le fonti fossili non sono sostenibili e che bisogna sviluppare fonti energetiche alternative, pulite e rinnovabili.
La natura ci mostra la strada: il sole fornisce l’energia necessaria per la fotosintesi, che mediante la scissione della molecola di acqua produce ossigeno e ossigeno molecolare e combina gli idrogeni con la CO2 nella sintesi dei carboidrati.
Realizzare una fotosintesi artificiale permetterebbe di produrre idrogeno molecolare, un vettore energetico pulito, e convertire l’energia solare in energia chimica conservabile. Imitare la natura però non è semplice, perché servono delle molecole capaci di velocizzare i processi di scissione dell’acqua in idrogeno e ossigeno molecolare, sfruttando l’energia solare.
In questa prospettiva i cosiddetti complessi metallici del corrolo hanno mostrato delle proprietà molto interessanti. Il corrolo è un composto chimico sintetico simile alle porfirine presenti nel sangue come complessi di ferro per il trasporto e l’attivazione dell’ossigeno molecolare.
Il primo corrolo fu preparato agli inizi degli anni sessanta durante la corsa alla sintesi della vitamina B12 e, sebbene non utile per questo scopo, ha di recente attratto l’attenzione dei ricercatori per alcune proprietà che lo rendono interessante in varie applicazioni.
I corroli sono stati la mia prima tematica di ricerca all’università di Roma Tor Vergata e da allora il mio gruppo ne ha studiato l’utilizzo in diversi sistemi, che vanno dai sensori chimici all’elettrocatalisi.
Per quest’ultima applicazione i complessi di cobalto dei corroli hanno dimostrato di essere ottimi catalizzatori per la scissione dell’acqua, producendo direttamente ossigeno molecolare, senza la formazione di perossido di idrogeno (acqua ossigenata).
Questo processo imita quello naturale, in cui due molecole d’acqua vengono ossidate per formare una molecola di ossigeno. I quattro elettroni e i quattro protoni generati in questa reazione sono poi usati per trasformare la CO2 in carboidrati, concludendo la conversione dell’energia solare in energia chimica.
In questo l’efficienza dei corroli di cobalto è comparabile se non superiore ai catalizzatori di platino normalmente usati, ma non sostenibili a causa del loro costo elevato. Corroli di rame hanno inoltre delle ottime funzionalità come componenti di celle solari a perovskite (un minerale), dispositivi fotovoltaici che sembrano avere le maggiori potenzialità di sostituire le celle attuali al silicio.
I corroli hanno così mostrato di poter essere attori importanti in tutto il ciclo di conversione dell’energia, da quella solare a quella chimica attraverso l’energia elettrica. Questo ne giustifica la recente popolarità fra i ricercatori, sebbene le loro potenzialità debbano ancora essere completamente sfruttate.
Roberto Paolesse è professore presso il dipartimento di scienze e tecnologie chimiche dell’università di Roma Tor Vergata.
C. Di Natale, C.P. Gros e R. Paolesse, Corroles at work: a small macrocycle for great applications, Chemical Society review (2022)
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