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La foglia artificiale che produce energia | Francesco Paolucci | TEDxBolognaSalon


buonasera a tutti mi sono fatta

accompagnare da questa piantina che in

realtà è forse il personaggio più

importante di questo talk quindi adesso

cerchiamo poi di coinvolgerla chi come

me ha avuto è stato bambino all’inizio

degli anni 70

forse si ricorderà con piacere come io

ricordo con molto piacere le domeniche

dei primi mesi del del 1974 quando

improvvisamente nei bambini scoprimmo

che la città poteva avere un volto

anche diverso perché le strade si

svuotavano completamenti mezzi

motorizzati quindi potevamo giocare in

mezzo alla strada alla bicicletta

monopattino pattini a rotelle senza

preoccuparci del traffico anche queste

sono foto scattate a bologna in quegli

anni come potete vedere ci sono alla

popolazione ha vissuto quei momenti

spesso con una sorta di clima da festa

popolare tirando fuori i mezzi di

locomozione più più strampalati il

velocipide vedete quel quel tandem trek

non si dice in italiano oppure sentito

anche il modo un po così provocatorio

come la caratteristico di quegli anni

come questo ragazzo che beve un

bicchiere di vino susan tavolino in

mezzo ai ali a porta zamboni immagini

che facciamo fatica a pensare oggi bene

gli adulti di allora è sicuramente i

governi di allora non probabilmente non

ricordano con lo stesso piacere quei

momenti perché tutto ciò era dovuto

alla prima grande crisi economica del

secondo dopoguerra quella che bloccò

rallentò fortemente uno sviluppo

ininterrotto che c’era stato nel secondo

dopoguerra il trentennio glorioso è il

motivo per questo quindi fu legato al

fatto che i paesi del mondo occidentale

industrializzati si trovarono

all’improvviso senza più energia senza

più petrolio per fare andare avanti le

proprie macchine non solo le automobili

ma proprio la macchina industriale

questo per delle scelte economiche ma

soprattutto politiche di paesi

produttori di petrolio che decisero di

bloccare le forniture il mondo

occidentale industrializzato si trova di

fronte a un fatto lampante cioè il

fatto che la propria economia e quindi

il proprio stile di vita era fortemente

condizionato dal petrolio dipendeva

interamente dal petrolio che quindi per

soddisfare il proprio fabbisogno

energetico

noi ci rivolgevamo al petrolio come

quasi

unica fonte di energia qual è la il

fabbisogno energetico dell’umanità oggi

nel 2017 se stimato nell’ordine 17

terawatt 17 terawatt parlando

scientificamente significa 17 mila

miliardi di yahoo

al secondo una quantità di energia

enorme che ne consumiamo al secondo

cerchiamo di capire quanto grande è

questa energia

prendiamo in considerazione un un

fenomeno naturale di grande potenza e

cascate del niagara una delle tre

cascate di negare alla più la più

bella probabilmente questa a ferro di

cavallo bene la potenza di questa che

della cascata in la gara non è tanto

nell’altezza sono solo 50 metri ma nella

larghezza quindi nella portata alla

quantità di acqua che continuamente si

riversa dall’alto nel fiume sottostante

attraverso questa caduta di 50 metri

bene con questi numeri a disposizione il

volume di acqua e di 2 milioni di litri

al secondo e l’altezza l’equazione della

fisica ci permette di calcolare

facilmente la potenza dissipata che

assomma grosso modo a un gigawatt a

celle inerti la potenza caratteristica

di una centrale elettrica di tipo

nucleare o a carbone di media grandezza

grossomodo bene prendiamo questa cascata

e triplichiamo nell’altezza d’accordo da

50 la facciamo diventare 150 metri per

intenderci una volta e mezzo la torre

degli asinelli visto che siamo tutti qua

a bologna non basta prendiamo il fronte

dagli 800 metri della cascata reale la

facciamo diventare lunga 4.700

chilometri quindi la distanza che

intercorre tra boston e seattle in una

cascata del genere la quantità di acqua

che passa in un secondo di 12 miliardi

di litri

d’accordo che equivale grossomodo a

svuotare il lago maggiore in un’ora

d’accordo questa è una cascata di

queste dimensioni clima cascata che si

estende lungo tutto il confine tra stati

uniti e canada che a questa portata

così grande è la quantità di energia

che l’umanità consuma in un secondo

corta dove prendiamo questa energia

questa energia noi la prendiamo per la

87 per cento dai combustibili fossili

ancora oggi 40 anni dopo la crisi

energetica ancora usiamo per la 87 per

cento i combustibili fossili per

alimentare il nostro sistema

quindi carbone gas naturale e petrolio

come prima conseguenza perché noi lo

bruciamo questo queste questi da questi

combustibili li bruciamo come prima

conseguenza produciamo un sacco di

anidride carbonica co2 perché è uno

dei prodotti della combustione non è

dire carbonica che produciamo un anno

sono 36 gigatonnellate 36 miliardi di

tonnellate che sono una quantità

ragguardevole giusto per un esempio con

una quantità di gas così a temperatura

e pressione ambiente potremmo riempire

un cilindro che ha come base la cerchia

muraria di bologna come altezza 3.500 km

cioè 35 volte l’altezza dell’atmosfera

è una quantità ragguardevole ma non

così grande e tutto sommato se

consideriamo la quantità di co2 che noi

produciamo esseri viventi piante animali

esseri umani continuamente con la

respirazione

il problema è che il sistema terra

questa quantità in eccesso non sa

gestirla non riesce ad assorbirla e

quindi si accumula gradualmente

nell’atmosfera e provoca quello che noi

conosciamo come problema del

riscaldamento globale ma questo non è

l’unico punto un altro punto importante

da considerare che il petrolio è una

materia prima

preziosissima che la terra ha prodotto

è accumulato in centinaia di milioni di

anni sotto terra e noi ce la stiamo

allegramente bruciando ok per

riscaldarci per fare andare avanti il

nostro sistema

questa materia prima e preziosissima

perché alla base della sintesi chimica

di tante sostanze e prodotti e materie

che noi usiamo continuamente siete

seduti sulla plastica inutile che ce la

raccontiamo se non ci fosse il petrolio

sareste seduti per terra

quindi non solo la plastica ma i

detersivi e fertilizzante i tessuti su

con cui ci vestiamo le medicine alcune

medicine molte medicine ai vitamine

vengono dal petrolio e persino le

candeline con cui decoriamo la torna la

torta di compleanno dei nostri figli

sono tutti i prodotti del petrolio

quindi noi stiamo allegramente bruciando

una risorsa una materia prima

preziosissima che invece dovremmo

custodire preziose gelosamente per le

nostre per noi e soprattutto per le

generazioni future

però noi di energia abbiamo bisogno

dove la possiamo prendere la risposta è

semplice e sulla nostra testa

tutti i giorni non di notte ma

dall’altra parte ma di giorno e sulla

nostra testa anche se non si vede

perché a bologna spesso è velato o

nuvoloso e così via

il sole inonda letteralmente di energia

la terra si stima che la quantità di

energia a seconda che arriva sulla terra

è dell’ordine di 100 mila terawatt

ricordiamo il 17 ter avanti prima il

rapporto è molto sbilanciato

riprendendo l’analogia della cascata del

niagara e questa è un’immagine che mi

che suggerita da oliver morto nel suo

bellissimo libro sulla geo

ingegnerizzazione il 100 mila terawatt

corrisponderebbe una cascata del niagara

alta non 150 metri ma 10 km e che si

estende lungo tutto intorno alla terra

lungo l’orizzonte lungo l’equatore

quindi immaginate questa cascata enorme

alta 10 km che divide l’emisfero

settentrionale dall’ingv herbert

meridionale attraverso il quale passa in

continuamente un oceano di acqua

questa è la e l’energia che in un

secondo il sole manda sulla terra

va bene quindi la l’uomo d’altra parte

ha già sviluppato delle tecnologie che

sono già mature che sfruttano almeno in

parte questa energia abbiamo in mente

l’eolico e il fotovoltaico bene questo

è un esempio e una è una centrale

solare eolica che si trova in texas

cerbino che da 580 megawatt che può

alimentare 157 mila abitazioni questi

abbiamo tutti in mente queste grandi

distese che strano anche in italia

sempre più spesso di pannelli

fotovoltaici

questo è un altro esempio è la più

grande fattoria solare del mondo

attualmente in cina longhi ansia e da

850 megawatt quindi sono potenze

ragguardevoli quanto facciamo un fattore

di scala confrontiamo la più grande

fattoria solare fotovoltaica quella

della cina con il fabbisogno mondiale

vediamo che il rapporto di scale 20.000

che è un numero grande ma tutto sommato

non così grande list considerando

quante estesa dalla superficie terrestre

quindi noi potremmo pensare di

alimentare la nostra economia mondiale

utilizzando questi sistemi

eppure per la 87 per cento stiamo ancora

usando i combustibili fossili una

ragione ci deve essere ci sono tante

ragioni ma una regione sicuramente

importante che questi sistemi

tecnologici producono energia elettrica

l’energia elettrica non è il migliore

dei vettori energetici che possiamo

immaginare perché è difficile del

magazine aree da trasportare

chiaramente sarebbe molto meglio avere

dei sistemi di produzione dell’energia

più delocalizzate distribuiti non così

concentrati in grande centrali che

producono l’energia in una forma

fruibile lì dove serve anche nel

paesino sperduto del centrafrica

bisognerebbe pensare a qualche soluzione

ci sono altre soluzioni

bene alcuni di noi molti di noi in giro

per il mondo

pensano che ci siano altre soluzioni che

queste non siano le uniche e sicuramente

non le ultime soluzioni al problema

dell’energia rinnovabile e cosa dobbiamo

fare dobbiamo semplicemente fare un

passo indietro fermarci un attimo e

guardare cosa fa la natura come la

natura risolto il problema della

conversione energetica perché è

indubbio che la natura ha risolto

l’energia dello sfruttamento

dell’energia solare perché la vita

sulla terra dipende al 100 per cento dal

sole quindi l’ha risolto questa piantina

con cui ho l’onore di condividere il

palco è il vostro tempo sa fare questo

mestiere molto bene la sua vita dipende

interamente dal sole ma lei dal sole

prendere l’energia che serve a lei per

crescere per riprodursi e per prosperare

come specie e il bello che lo sa fare

anche da un sacco di tempo non lei

poverina perché avrò pochi mesi di

vita

però in generale la sua specie vegetali

sanno sfruttare le già solare per

questo scopo da 2 miliardi e mezzo di

anni perché due miliardi e mezzo di

anni fa comparve sulla terra questo

gruppetto di atomi chimici di atomi li

rappresentano con delle palline colorate

sennò ci perdiamo e le le stanghette

bianche sui legami che legano gli atomi

tra di loro in gergo questa roba si

chiama cluster bene questo classe sta a

fare una cosa molto semplice e la sa

fare molto bene sa catturare una

molecola d’acqua questo classe si trova

scusate all’interno della foglia

all’interno delle proteine che

costituiscono il tessuto della foglia ce

ne sono tanti

questo cluster sa catturare una molecola

di acqua e sfruttando l’energia del sole

la spacca rompe i legami che legano

l’ossigeno con l’idrogeno e producono

idrogeno e ossigeno questa reazione

indicata qua sotto

in realtà non è proprio così ma va

bene l’idrogeno è un’altra forma non è

gas nella foglia non si può metodio

un equivalente di idrogeno gassoso il

questa idrogeno che viene fornito

permette di fare la foglia un’altra cosa

pure importante cattura una molecola di

co2 usa l’idrogeno che appena prodotto e

converte la co2 in zuccheri e gli

zuccheri sappiamo che sono l’alimento

delle dei tessuti viventi di noi stessi

anche quindi riassumendo quello che fa

la foglia di prendere due molecole che

si trovano su tutta la terra

dappertutto co2 e acqua due molecole

stabili le prende con l’energia del sole

le trasforma in ossigeno che libera

nell’atmosfera e il glucosio il glucosio

è l’alimento dei tessuti viventi delle

cellule viventi in un secondo tempo

questo blu cose l’ossigeno che ha

prodotto li usa per far funzionare le

proprie macchine interne quindi crescere

riprodursi prosperare vedete che quello

che fa la pianta è una cosa è un

bellissimo circolo virtuoso perché usa

due molecole fa questo questa

trasformazione del già solare in

energia vitale e riporta riproduce le

stesse molecole di partenza quindi è un

esempio perfetto di ray dell’economia

circolare di cui parlava la collega

prima ora noi che cosa possiamo fare con

la foglia artificiale il nostro progetto

è quello di imitare la natura prendere

ispirazione dai meccanismi gli intimi

che fa permettano la foglia di fare

questo questa sorta di miracolo e

riprodurlo artificialmente perché

perché in questo modo noi possiamo

metterci il nostro ingegno e migliorare

persino le soluzione che la natura ha

inventato aumentarne l’efficienza

per risolvere il problema energetico

questo lo facciamo usando di dispositivi

schematicamente infatti così 2 the 22

blocchi 2 due moduli uno che ha la

funzione di assorbire l’energia del sole

e di togliere gli elettroni alla alla

molecola di acqua non tale da rompere i

legami tra ossigeno e idrogeno

producendo ossigeno che si libera e i

protoni h più grossi indicati di sopra

nell’altro modulo i protoni e gli

elettroni estratti dall’acqua vengono

combinati per produrre l’idrogeno

realizzando quindi la reazione di

scissione dell’acqua e produzione di

idrogeno per farlo usiamo delle

nanostrutture di carbonio come questi

illustrate in questa immagine dove

queste palline rosse sono in realtà dei

nano

particelle di metallo sulle quali

vengono proprio queste relazioni

e questi sono i dispositivi niente di hi

tech è un dispositivo che ci sarebbe

per studiare e verificare le proprietà

quindi alla fine latex questa tecnologia

porterebbe uno sviluppo di un’economia

basata sull’idrogeno ma l’idrogeno non

è il migliore dei vettori energetici

perché anche se è difficile da

immagazzinare e trasportare quindi la

nostra idea di passare oltre

fare come fa la foglia produrre dei

combustibili come ad esempio il metanolo

oppure il metano e quindi arrivare di

un’economia basata sulle conversioni e

solare in combustibili ora potrei

lasciarli con questa immagine

no la nostra foglia artificiale un

giorno andrà tante foglie artificiali

si potranno lavorare in sintonia in

sincronia per produrre questi

combustibili ma preferisco lasciarvi con

queste immagini

in realtà perché questa in realtà è

lo stato dell’arte

stiamo ancora al livello del germoglio

la follia la fogliolina appena nata è

perché si arrivi all albero maestoso

che avete visto nell’immagine prima

abbiamo bisogno ancora di tanto lavoro

ma soprattutto il contributo di forze e

idee della generazione di ricercatori

che si sta affacciando adesso al mondo

della ricerca

vi ringrazio per l’attenzione [Applauso]

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