FOTOCATALISI

La scoperta è considerata una delle invenzioni di maggior importanza del XX secolo per i benefici portati nella lotta all’inquinamento ed ai batteri. 

Fotosintesi clorofilliana e fotocatalisi

Vi è mai capitato facendo il tagliando della macchina che vi ammorbassero l’intero abitacolo con profumazioni millantate come disinfettanti? Questi prodotti sono sgradevoli e fanno sorgere dei dubbi sulla loro utilità. Ne ho parlato con un chimico che mi ha confermato che l’aggiunta di sostanze nell’aria non fa altro che aumentare la circolazione di impurità! E la disinfezione? Si è messo a ridere. Ho modificato la domanda: “Esiste un metodo efficace per ripulire l’aria anche da germi e batteri sempre più resistenti?

La risposta mi ha fatto scoprire un mondo di ricerca con promettenti applicazioni d’immediata praticità, come la vernice Airlite, già utilizzata a bordo dello yacht Superleggera. L’argomento non è semplice, ma può agire da volano per start-up con idee che sfocino in prodotti innovativi.

I primi passi verso la fotocatalisi sono stati mossi dal professore Kato Masuo, del Kyoto Institute of Technology, quando nel 1950 iniziò a sviluppare l’impiego dei catalizzatori ossia elementi in grado di ampliare la frequenza di una reazione chimica senza subire un cambio permanente.

Successivamente, nel 1979, il professor T. Inoue ed il suo staff, fra cui il professor Akira Fujishima pubblicarono sulla rivista Nature il metodo nato dall’osservazione della fuoriuscita di bolle di ossigeno dai cristalli di biossido di titanio immersi nell’acqua ed esposti alla luce. Il cosiddetto processo fotocatalitico si è rivelato una della più importanti scoperte scientifiche della nostra epoca. Il dottor Fujishima ha raccontato in un’intervista che mai potrà dimenticare il momento in cui realizzò che era riuscito ad imitare, in modo artificiale, la funzione della fotosintesi.

Fotocatalisi come fotosintesi clorofilliana

La ricerca aveva come principale ostacolo la ristretta fascia di frequenza luminosa necessaria per scatenare la reazione che generava costi elevati. Nel 2009, il professor Taoda Hiroshi dell’AIST (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) rese noto, in un saggio, l’invenzione di un ciclo produttivo eco-sostenibile dove il perossido d’idrogeno migliora la velocità di reazione anche con una luce debole.

Diversi studi pensano che la fotocatalisi sia la chiave per risolvere il riscaldamento globale e la trasformazione industriale.

Tutto parte dall’osservazione della natura capace d’ispirare una serie di scoperte finalizzate alla risoluzione dell’impatto negativo che abbiamo sul pianeta. La vita si è sviluppata grazie alla presenza della biosfera di cui è importante capire i principi base per garantire la sopravvivenza, evitando alterazioni definitive.

Al primo posto della catena si trovano le piante. E’ stato detto che “la foresta precede l’uomo e il deserto lo segue.”

Alberi e deserto

Le piante assorbono una parte di energia solare attraverso il processo di fotosintesi (attivato nelle zone verdi) che scinde l’anidride carbonica presente nell’aria e nell’acqua per ottenere composti del carbonio, fra cui la molecola dello zucchero, liberando ossigeno come scarto.

I semiconduttori hanno una conducibilità intermedia tra quella di un conduttore e di un isolante che cresce all’aumentare della temperatura. Nella fotocatalisi si usano dei semiconduttori che sollecitati da un’esposizione ad una particolare frequenza luminosa permettono il “salto” dalla banda di valenza alla banda di conduzione. Gli elettroni migrano alla superficie del cristallo dove reagiscono formando dei radicali liberi in grado di attaccare altre componenti come gli inquinanti, fra cui gli ossidi di azoto (NOx).

Effetto biocida e super-idrofilia

L’aggressività dei radicali ha proprietà igienizzante (effetto biocida). Attaccando la parete cellulare dei microorganismi ne indeboliscono la difesa causandone rapidamente la morte ed evitando la proliferazione.

Un’altra caratteristica è la Super-Idrofilia. Quando luce ed acqua vengono in contatto con uno strato di biossido di titanio, la superficie diventa super-idrofila autopulendosi da polvere e sporcizia.

Specchietto retrovisore super-idrofilo

Il biossido di titanio (TiO2) è una sostanza largamente diffusa che si trova anche nei chewing gum, nei filtri solari ed in alcuni cosmetici, ma molti biologi ne sconsigliano l’uso come additivo alimentare. In natura è presente in cinque forme cristalline di cui il rutilo è la forma termodinamicamente più stabile mentre l’anatasio, nella scala nanometrica, è maggiormente efficiente nella fotocatalisi con una piccola densità di massa ed un valore di band gap che corrisponde ad una lunghezza d’onda pari a = 388 nm. Il nanometro è un sottomultiplo del metro, 1nm equivale ad un miliardesimo di metro.

La forma nano, con una dimensione inferiore a 100nm, è sotto osservazione per capire se possa penetrare nella cute entrando in circolo provocando nanopatologie, termine che ingloba le malattie procurate da micro e nanoparticelle stabilite in un organo o in un tessuto per effetto d’inalazione o ingestione.

Le vernici con il biossido di titanio hanno un alto indice di rifrazione, riflettono la radiazione infrarossa (IR), sono ottime coprenti, non sono tossiche e non anneriscono se esposte all’acido solfidrico.

Hydroville nave ad idrogeno

Il TiOpuò essere sfruttato per estrarre l’idrogeno da una soluzione acquosa sottoposta a radiazione luminosa. Il processo noto come water splitting fotocatalitico è allo studio come soluzione alternativa alla produzione di idrogeno tramite steam reforming di gas naturale.

L’Unione Europea finanzia diversi progetti per consentire miglioramenti rapidi nell’applicazione dell’idrogeno nella mobilità a terra ed in acqua. Alcuni lavori si concentrano su nuove formulazioni del fotocatalizzatore per promuovere la diffusione dell’idrogeno.

L’ecologia può essere pratica e tecnologicamente avanzata per creare posti di lavoro ottimizzando lo sfruttamento delle risorse. E’ molto meglio investire in idrogenosolare, economia circolare e fotoriduzione catalitica piuttosto che riesumare il nucleare o bloccare il traffico per l’aumento delle polveri sottili senza risolvere il problema a monte.

In un’Italia dove l’imprenditoria evoluta non ha vita facile e dove i nostri ricercatori sono una preziosa risorsa all’estero, bisognerebbe pianificare a medio-lungo termine con una mentalità libera da pregiudizi ideologici, utilizzando il buon senso.

Per migliorare il mondo è sufficiente seguire la strada indicata dalla Natura. E tutto parte dalla LUCE.

RIPRODUZIONE RISERVATA – ©2019 SHOWTECHIES – Simona Braga

Grafica: JPO – Wikipedia –

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