Lo sviluppo della "batteria ad alghe" è una buona notizia per l'ambiente

Su queste pagine, abbiamo spesso introdotto alcune novità scientifiche utili a cambiare in meglio il nostro impatto ambientale, allo scopo di mostrare come, una volta impostati correttamente gli obiettivi, la ricerca scientifica offra le migliori e più affidabili soluzioni per diminuire la velocità a cui progrediamo verso la crisi ambientale. Al contrario di improponibili luddismi e passatismi, infatti, è la conoscenza del nostro ambiente e l’intervento sulle nostre stesse tecnologie l’unica possibilità che abbiamo, perché un mondo di quasi 9 miliardi di individui possa deviare dalla traiettoria rovinosa che stiamo percorrendo.

In questa cornice, sono di grande interesse i risultati appena pubblicati da un gruppo di ricercatori di diverse affiliazioni, fra cui l’italiano Paolo Bombelli che lavora sia a Cambridge che a Milano. I ricercatori sono partiti da una considerazione: la rete di dispositivi elettronici nota come “Internet delle cose” è costituita da dispositivi elettronici connessi tutti fra loro, il cui consumo energetico individuale è piuttosto modesto, ma il cui numero complessivo – ad oggi nell’ordine dei miliardi – si prevede che raggiungerà in un decennio circa le migliaia di miliardi. Vista la sua struttura, sarebbe bene che questa rete fosse alimentata in modo decentralizzato: serve in particolare una fonte energetica sostenibile e conveniente, che sia anche scalabile al crescere dei dispositivi. Ciò spiega il grande uso attuale e presumibilmente futuro di batterie per alimentare ogni singolo dispositivo; tuttavia, ad oggi le batterie utilizzano materiali relativamente costosi, tossici e ad alto impatto ambientale, la cui disponibilità è inoltre concentrata in poche mani. Inoltre, le batterie non sono rinnovabili, se no per un numero limitato di cicli, ponendo il problema dello smaltimento – già oggi notevole.

Alternative come la generazione in situ di energia tramite il fotovoltaico sono più durature e a minore impatto, ma ancora una volta i materiali utilizzati per i pannelli sono pericolosi per l’ambiente e necessitano quindi di specifici processi di smaltimento, oltre ad essere sempre nelle mani di poche nazioni (come la Cina).

Ecco, quindi, l’idea di ricerca: sviluppare una batteria con anodo di alluminio alimentata da organismi fotosintetici, ovvero da alghe azzurre (cianobatteri), e provare ad alimentare uno dei comuni processori utilizzati nella “Internet delle cose”. Da qualche anno, infatti, è noto che alcuni microorganismi sono in grado di scambiare elettroni con substrati solidi esterni, attraverso reazioni elettrochimiche che in genere comportano la scissione di molecole d’acqua in cui i batteri stessi sono immersi. Fra questi microorganismi, particolarmente interessanti sono certi cianobatteri del genere Synechocystis, perché la cessione di elettroni da essi al substrato esterno è determinata dall’assorbimento di luce. La fonte di energia per la generazione di elettricità, cioè, è per questi organismi il sole; essi agiscono, a tutti gli effetti, come dei minuscoli pannelli solari viventi, che utilizzano l’energia dei fotoni solari per reazioni chimiche, le quali alla fine rilasciano elettroni ad un substrato solido – ovvero generano una corrente elettrica.

Mettendo queste microscopiche alghe in una batteria con anodo di alluminio, per oltre 6 mesi si è dimostrata l’alimentazione elettrica stabile al microprocessore connesso, compresa la notte, a temperature ambientali variabili fra circa 14 e circa 31 gradi centigradi. Si noti che la batteria non è stata tenuta in condizioni sterili: al suo interno, alla fine, oltre ai cianobatteri originari si sono sviluppate colonie di altri microorganismi opportunisti, ma questo non ne ha impedito il funzionamento, a dimostrazione della robustezza e praticità del sistema sperimentato.

Alla base del funzionamento della cella biofotovoltaica, i ricercatori hanno ipotizzato due possibili meccanismi: uno elettrochimico ed uno bioelettrochimico.

Nella modalità elettrochimica, i microrganismi forniscono un ambiente favorevole per l'ossidazione elettrochimica dell'alluminio, liberando elettroni nel processo. In questo caso, l’anodo di alluminio nel tempo si ossiderebbe e necessiterebbe di essere rimpiazzato. Nella modalità bioelettrochimica, invece, gli elettroni vengono trasferiti direttamente dai batteri, ad esempio dalla membrana cellulare esterna, e trasportati all'alluminio, senza consumare l’anodo. Poiché, in effetti, non è stato necessario rimpiazzare l’anodo per oltre 6 mesi, il meccanismo bioelettrochimico deve giocare un ruolo importante: delucidarne ulteriormente i dettagli costituisce la prossima sfida, potenzialmente utile anche a migliorare l’efficienza dell’intero sistema.

Di certo, questa “batteria ad alghe” è economica, robusta e facilmente trasportabile in ogni angolo del globo; il tutto ad impatto ambientale enormemente ridotto rispetto ad ogni altra alternativa. Se si riuscirà a migliorarne ulteriormente le prestazioni, essa potrebbe presto entrare nell’uso comune; in ogni caso, la strada indicata è estremamente interessante, e mostra cosa si possa ottenere, quando l’obiettivo prefissato ai ricercatori non sia solo la massima resa di un determinato processo, ma anche il suo minimo costo per l’ambiente.