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Energia dalle alghe: sviluppo e prospettive

Uno scienziato con delle alghe in un barattolino- Credit: iStock

ENERGIE07 luglio 2022

Energia dalle alghe: sviluppo e prospettive

di Maura Corrado

Risultati incoraggianti sia per l’alimentazione dei dispositivi IoT che per i biocarburanti.

Tra i protagonisti vegetali della transizione ecologica ci sono anche le alghe. Sia le macro-alghe che le microalghe sono attualmente oggetto di sperimentazioni in vari ambiti legati alla sostenibilità. Uno di questi riguarda la produzione di energia pulita.

 

 

L’esperimento dell’Università di Cambridge

La novità di cui più si è parlato, negli ultimi mesi, riguarda una sperimentazione effettuata da un team di ricercatori del Dipartimento di Biochimica dell’Università di Cambridge. Questo è il punto di partenza. L'Internet of Things (IoT) vede connesso in rete un numero crescente di dispositivi e oggetti di uso quotidiano. Inoltre, richiede l’utilizzo e lo stoccaggio di un numero di dati sempre più elevato. Dunque, è necessaria molta energia.

 

Più in particolare, c'è bisogno di energia pulita che, tuttavia, non sempre può arrivare dai classici sistemi di produzione e accumulo per l’energia elettrica, anche perché le stesse batterie, anche quelle più moderne, possono presentare delle criticità, come il loro smaltimento al termine del ciclo di vita o l'utilizzo di metalli e terre rare per produrle.

 

 

L’alimentazione a base di alghe

Nello specifico, il team di ricercatori dell’Università di Cambridge ha dimostrato che produrre energia a partire da un'alga è possibile e non è nemmeno così complicato come si potrebbe pensare. Dopo 12 mesi ininterrotti di esperimenti, i ricercatori hanno sintetizzato i risultati dello studio in una pubblicazione disponibile su Energy & Environmental Science.

 

È bastata l'alga Synechocystis – chiamata anche alga blu-verde - per alimentare un microprocessore Arm Cortex M0+, ampiamente utilizzato all'interno dei prodotti dell'Internet of Things. Attraverso la fotosintesi, l'alga (più precisamente i cianobatteri di acqua dolce) ha raccolto energia e la piccola corrente elettrica così generata è stata poi fornita al microprocessore, attraverso un elettrodo di alluminio.

 

 

Il procedimento 

Il sistema messo a punto permette di avere una fornitura costante di energia sfruttando le risorse rinnovabili, anche quando queste non sono costanti o si esauriscono, attraverso l'utilizzo di celle bio-fotovoltaiche, che dunque sfruttano anche i processi organici degli esseri viventi. Le nuove celle fotovoltaiche (inserite nella categoria delle già esistenti celle biologiche fotovoltaiche) utilizzano proprio le funzioni vitali dei Synechocystis, cianobatteri di acqua dolce in grado di crescere sia al buio che in condizioni di luminosità, attraverso la fotosintesi.

 

Una fotosintesi che, grazie alla composizione di queste comuni alghe blu-verdi (non tossiche e nemmeno costose), avviene sia in condizioni di oscurità che in presenza di luce, generando così energia anche quando non è presente luce diretta dalla quale attingere. La cella fotovoltaica biologica creata dai ricercatori, va specificato, ha le dimensioni di una batteria AA.

 

 

I vantaggi 

Come già detto, l'alga adoperata è semplice da reperire e tutti i componenti dell’esperimento di Cambridge si possono reperire facilmente senza costi astronomici. Nel lungo periodo potrebbe rappresentare una soluzione ideale in quanto replicabile, scalabile, economica, ecosostenibile e, soprattutto, rende evidente il meccanismo per il quale i miliardi di dispositivi connessi (saranno all’incirca 27 miliardi nel 2035, una data non così lontana) debbano autoalimentarsi per poter funzionare, anziché essere alimentati, con costi e impatto ambientale notevoli.

 

L’arma vincente dell'alga è che è in grado di produrre energia anche al buio, in quanto parte del cibo di cui si nutre viene immagazzinato in presenza di luce (durante la fotosintesi), ma elaborato al buio. Il tutto avviene senza pause in quanto, nel corso della lunga sperimentazione, il dispositivo fotosintetico non si è mai scaricato, continuando a fornire costantemente l'energia necessaria al funzionamento del microprocessore. 

 

 

Una speranza per il futuro

La fotosintesi dei cianobatteri potrebbe dunque rappresentare una soluzione a una parte dei problemi energetici del futuro. Pensare di ricorrere al sole ed al litio per (ri)caricare i miliardi di dispositivi IoT in arrivo è impossibile. L'unico modo - sostengono i ricercatori - è quello dell'auto-produzione: in sintesi, in futuro i dispositivi IoT non solo consumeranno energia ma la produrranno anche.

 

“Siamo rimasti colpiti dal modo in cui il sistema ha funzionato in modo coerente per un lungo periodo di tempo – ha evidenziato il professor Paolo Bombelli del Dipartimento di Biochimica dell’Università di Cambridge, tra i principali autori della ricerca -. Pensavamo che si sarebbe fermato dopo poche settimane, invece ha continuato a funzionare”. 

 

 

Le alghe come alternativa al litio e al fotovoltaico classico

Rimanendo sui risultati positivi dell’esperimento condotto dall’ateneo britannico, l’intero sistema ha funzionato correttamente sia in un ambiente domestico che in condizioni semi-esterne, con luce naturale e fluttuazioni di temperatura. Quest’innovazione potrebbe rivelarsi utile soprattutto per alimentare computer, smartphone e altri apparecchi tecnologici in luoghi remoti della Terra: basti pensare ai Paesi in via di sviluppo. Nel lungo periodo e, ovviamente, dopo ulteriori esperimenti, le alghe potrebbero dunque rappresentare un’alternativa naturale all’utilizzo delle batterie al litio per alimentare i piccoli dispositivi elettrici.

 

Se infatti questi apparecchi continueranno ad aumentare con lo stesso ritmo attuale, potremmo aver bisogno di tre volte più litio di quanto ne viene oggi prodotto in tutto il mondo, ogni anno. Inoltre, utilizzare i dispositivi fotovoltaici attualmente in commercio può non essere possibile in alcune aree della Terra, non solo per le condizioni ambientali, ma anche perché alcuni materiali possono risultare pericolosi se non manovrati da personale altamente qualificato. 

 

 

Le alghe per i biocarburanti

Dell’utilizzo delle alghe per la produzione di biocarburanti, invece, si parla già da molto tempo. Di recente in Texas un gruppo di scienziati ha messo a punto (e brevettato) delle innovative soluzioni di Intelligenza Artificiale per la coltivazione di alghe da destinare proprio ai biofuel. La notizia va inserita in un contesto in cui, negli anni più recenti, portare la produzione di microalghe a livelli industriali, mantenendo nel contempo la sostenibilità ambientale, si è rivelato un compito piuttosto arduo.

 

La commercializzazione del biocarburante algale è stata ostacolata soprattutto da due fattori: la resa relativamente bassa e un elevato costo di raccolta. Gli scienziati americani potrebbero risolvere il problema grazie al modello di apprendimento avanzato, in grado di prevedere la penetrazione dei raggi solari, la crescita e persino la densità ottimale delle alghe.