Archivio per la categoria Biotecnologie

Elettricità dalle biomasse grazie a nuove celle a combustibile solari ibride

Georgia Tech, Yulin Deng

I laboratori del Georgia Institute of Technology hanno messo a punto delle celle a combustibile ibride a bassa temperatura alimentabili con qualsiasi tipo di biomassa. L’uso diretto della biomassa come combustibile potrebbe favorire una maggiore diffusione delle fuel cell a bassa temperatura, finora alimentate prevalentemente a idrogeno e a metanolo.

Un team di ricerca del Georgia Institute of Technology ad Atlanta (US), guidato dal prof. Yulin Deng, ha sviluppato un nuovo tipo di cella a combustibile in grado di convertire direttamente la biomassa in energia elettrica con l’assistenza di un catalizzatore attivato da energia solare o termica. Le nuove fuel cell solari sono in pratica dispositivi ibridi che operano a temperatura ambiente usando il sole come catalizzatore e una serie di fonti organiche come materia prima. Un punto di forza della nuova tecnologia è la versatilità: tra le materie utilizzabili si contano infatti l’amido, la lignina, le alghe e i rifiuti di lavorazione del pollame. Secondo il Prof. Deng, la nuova tecnologia messa a punto all’interno dei laboratori del Georgia Tech è in grado di gestire la biomassa a temperatura ambiente senza limiti di tipologia e senza la necessità di purificare i materiali di partenza.

Il maggiore problema che ha finora limitato l’impiego di biomasse direttamente nelle celle a combustibile  è dato dal fatto che i legami Carbonio-Carbonio tipicamente presenti in questi materiali non possono essere facilmente spezzati dai comuni catalizzatori. Per superare questo ostacolo, in passato i ricercatori hanno sviluppato le cosiddette celle a combustibile microbiologiche (Microbial Fuel Cell, MFC), all’interno delle quali sono presenti microbi o enzimi in grado di agire sulla biomassa spezzando i legami tra gli atomi di carbonio. Quest’ultimo processo, tuttavia, ha molte controindicazioni: innanzi tutto l’outup energetico ricavabile è modesto, inoltre i microbi e gli enzimi sono in grado di agire selettivamente solo su alcuni tipi di biomasse, e risultano essere facilmente disattivabili da molteplici fattori esterni. Deng e il suo team di ricerca hanno cercato di superare questo problema utilizzando un catalizzatore attivabile da una fonte energetica esterna e  in grado si svolgere sia la funzione di agente ossidante che quella di trasportatore di carica all’interno della reazione di ossido-riduzione della cella a combustibile.

All’interno del nuovo processo sviluppato dal Georgia Tech, la biomassa viene macinata e miscelata con un catalizzatore fotosensibile, il poliossimetallato (POM) e il tutto viene poi esposto alla luce del sole. Il POM ossida la biomassa in presenza di foto-irraggiamento, e trasporta le cariche dalla materia organica all’anodo della cella a combustibile; gli elettroni arrivano quindi al catodo, dove vengono finalmente ossidati dall’ossigeno attraverso un circuito esterno, in modo da produrre elettricità. In pratica, il POM introduce un passaggio intermedio, perché non sarebbe possibile combinare direttamente la biomassa e l’ossigeno. Inoltre,  la biomassa e il catalizzatore non reagiscono spontaneamente a temperatura ambiente, ma la reazione comincia solo in presenza di  luce o calore.

Nel loro documento, pubblicato sulla rivista Nature Communications, i ricercatori hanno riferito una densità energetica massima di 0,72 milliwatt per centimetro quadrato, vale a dire circa 100 volte superiore a quella delle celle a combustibile microbiche a base di cellulosa. Ora i ricercatori sono convinti di poter decuplicare l’output energetico una volta ottimizzato il procedimento.  Le nuove fuel cell potrebbero essere utilizzate in futuro sia per piccoli dispositivi in Paesi in via di sviluppo, sia in abbinamento a grandi impianti produttivi dove vi sia abbondanza di biomasse di scarto disponibili, come ad esempio nelle industrie alimentari.

Fonti: Solar-Induced Hybrid Fuel Cell Produces Electricity Directly from Biomass

CITATION: Wei Liu, et al., “Solar-induced direct biomass-to-electricity hybrid fuel cell using polyoxometalates as photocatalyst and charge carrier,” (Nature Communications, 2014). (http://www.dx.doi.org/10.1038/ncomms4208).

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Produrre biometano dall’elettricità grazie ai microbi

Secondo gli scienziati di Stanford e della Pennsylvania State Universities, in un prossimo futuro il panorama delle fonti energetiche rinnovabili potrebbe cambiare sostanzialmente grazie all’impiego di microbi capaci di convertire l’elettricità in metano.

I ricercatori di entrambi i campus hanno infatti avviato un programma di ricerca su alcune specifiche colonie di microrganismi, chiamati metanogeni, che hanno la straordinaria capacità di trasformare l’energia elettrica in metano puro. L’obiettivo degli scienziati è quello di creare veri e propri impianti microbici di grandi dimensioni, in grado di trasformare l’energia elettrica (proveniente ad esempio da energia solare, eolica o nucleare) in metano combustibile e altri composti chimici preziosi per l’industria.

Secondo Alfred Spormann, professore di ingegneria chimica e di ingegneria civile e ambientale presso la Stanford University, l’approccio microbico eliminerebbe la necessità di utilizzare risorse fossili per produrre metano e altre importanti molecole organiche di impiego industriale. La maggior parte del metano attualmente utilizzato è infatti derivato dal gas naturale, che è un combustibile fossile, e la sua combustione accelera il riscaldamento globale attraverso il rilascio di anidride carbonica rimasta intrappolata sotto terra per millenni. L’intero processo di metanogenesi microbica previsto dagli scienziati è invece “carbon neutral“, in quanto la CO2 rilasciata durante la combustione deriva dall’atmosfera, e  l’energia elettrica utilizzata proviene da fonti rinnovabili o energia nucleare, che sono anch’esse CO2-free. In più, dato che il metano stesso è un gas serra formidabile (20 volte più potente della CO2), un impianto di produzione microbica presenterebbe l’ulteriore vantaggio di garantire una gestione del metano completamente sicura, minimizzando così la possibilità di dispersione incontrollata del gas nell’atmosfera.

Inoltre, i microbi che producono metano potrebbero contribuire a risolvere una delle maggiori sfide per la diffusione dell’energia rinnovabile su larga scala, ovvero il problema dello stoccaggio energetico. I metanogeni metabolizzano l’energia elettrica in energia chimica sotto forma di metano, che in questo caso svolgerebbe il ruolo di vettore energetico facilmente stoccabile, oltre che di combustibile. È da ricordare che l’abbinamento tra vettori energetici e fonti rinnovabili è considerato un fattore chiave per la diffusione delle energie pulite su larga scala, basti pensare alle famose pubblicazioni di J.Rifkin riguardanti l’impiego di idrogeno come vettore energetico. In questo caso, il vettore energetico metano, presenta anche il considerevole vantaggio di essere già dotato di propria una rete di distribuzione, oltre che di tecnologie di sfruttamento ben consolidate. Prosegui la lettura »

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Le nuove frontiere delle celle bio-fotovoltaiche

Con il termine bio-fotovoltaico si indica generalmente un sistema fotovoltaico in cui, a partire da un insieme di sostanze di natura organica, si produce energia elettrica grazie a un meccanismo di fotosintesi. Per quanto teoricamente realizzabili, ad oggi i sistemi bio-fotovoltaici non hanno ancora superato la fase di laboratorio, in quanto presentano numerose difficoltà costruttive, scarsa ripetibilità dei procedimenti realizzativi e un rendimento non del tutto soddisfacente. Recentemente, un gruppo di ricercatori provenienti dal MIT (Massachusetts Institute of Technology), dall’Università del Tennessee e dalla Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, ha teorizzato la possibilità di ricavare una quantità di energia elettrica non trascurabile a partire dalla membrana di un complesso proteico denominato Fotosistema-I (in inglese Photosystem-I  o PS-I). La strategia elaborata in questo studio prospetta una conversione di energia dello 0,1%, ancora troppo piccola per qualsiasi applicazione pratica, ma comunque 10.000 superiore rispetto a quelle indicata nelle precedenti pubblicazioni scientifiche.

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Lipid-Based Drug Delivery- From a Vision to Clinical Application: Part I

Nowadays, the active agents applied in traditional chemotherapy act both on sick and healthy tissue. This results in the formation of strong side-effects. This is why one envisions a targeted transport of the drugs to these parts of the body which are supposed to be treated. One of the chosen approaches considers the incorporation of the water-solvable active agents in lipid nano-containers. Once these have been added to the human body they shall enrich themselves in the harmed tissue and  should release in a controlled manner the active drug.

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