energia e natura - una sfida eterna

Leptospirillum

Trasmissione di elettroni autonomamente organizzata

La maggior parte dei processi chimici di trasformazione dell’energia necessitano della trasmissione di molti elettroni, la cosiddetta trasmissione multi-elettronica. Questo rappresenta una grossa sfida per la catalisi. Ad esempio, un’efficiente scissione dell’acqua richiede che con un equivalente consumo minimo di energia vengano sottratti all’acqua quattro elettroni. Il problema consiste nel fatto che la sottrazione del primo elettrone richiede già più del doppio di questa energia. Come si può realizzare la trasmissione elettronica con il minimo dispendio energetico? La soluzione proposta riguarda un sistema di catalizzatori nei quali il prelievo dei primi elettroni viene legata, attraverso processi di reazione, con i passi di prelevamento successivi. Conteggi matematici mostrano che in questo modo si riesce a far sì che il primo elettrone riesca a “ridurre in schiavitù” i successivi elettroni attraverso una multi-trasmissione di elettroni efficiente, collettiva, come avviene ad opera dei fotoni in un laser (per esempio rif. 163, 233, 284).

Foto: batteri quali il Leptospirillum ferroxidans crescono sulla pirite e la trasformano in nano-particelle, visibili in b) e con il suo reticolo di cristallo in c). L’immagine d) mostra il relativo modello di diffrazione degli elettroni. L’energia chimica della pirite viene quindi usata per il fissaggio dell’anidride carbonica. L’uomo potrebbe cercare di usare le capacità dei batteri.