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Lo sforzo di fotosintesi artificiale mette radici
Mentre infuria un dibattito sul ruolo del governo nel finanziamento dell'innovazione energetica, innescato da fallimenti di alto profilo di società sostenute dal governo come Solyndra e A123 Systems, una strategia di investimento federale meno controversa in tecnologie pulite è stata silenziosamente canticchiata, ottenendo il sostegno bipartisan. I cosiddetti centri di innovazione, centri di ricerca multidisciplinari destinati a emulare i leggendari Bell Laboratories combinando la ricerca scientifica con la tecnologia applicata, sono riusciti a ottenere finanziamenti governativi continui anche se il Congresso lavora per tagliare il budget federale complessivo.
Foglia artificiale: Questo prototipo del Centro comune per l'innovazione della fotosintesi artificiale utilizza l'energia della luce solare per isolare l'idrogeno dall'acqua.
Due anni dopo aver ottenuto i primi finanziamenti, uno degli attuali hub, uno sforzo basato su Caltech incentrato sull'utilizzo della luce solare per produrre combustibili liquidi, afferma di aver compiuto progressi sostanziali verso dispositivi che convertono la luce solare e l'acqua in idrogeno e ossigeno che potrebbero essere utilizzati per alimentare un'auto o generare elettricità su richiesta. Alla fine, i ricercatori sperano di combinare l'idrogeno con il carbonio dell'anidride carbonica per produrre combustibili liquidi simili alla benzina o al diesel.
I ricercatori perseguono da decenni la cosiddetta fotosintesi artificiale. I progressi sono stati lenti e rendere il processo economico su larga scala rimane un obiettivo apparentemente lontano. Il nuovo centro di innovazione, che dovrebbe ricevere $ 122 milioni in cinque anni, prevede di accelerare questa ricerca riunendo un gran numero di esperti in diverse aree, tra cui catalisi, ottica e tecnologia delle membrane.
Per accelerare la scoperta dei materiali, i ricercatori dell'hub Caltech, che collaborano con i ricercatori del Lawrence Berkeley National Lab e più di altri 20 centri di ricerca, hanno sviluppato un processo di stampa a getto d'inchiostro in grado di sfornare milioni di variazioni leggermente diverse su catalizzatori promettenti. Ogni campione è piccolo come un pixel su uno schermo. Stanno anche sviluppando apparecchiature in grado di testare rapidamente l'attività di ciascun catalizzatore. Accelererà drasticamente il tasso di scoperta di elettrocatalizzatori e fotocatalizzatori da pochi candidati all'anno a pochi ogni pochi millisecondi, producendo da migliaia a milioni al giorno, afferma Nate Lewis, direttore dell'hub presso il Centro comune per la fotosintesi artificiale.
Allo stesso tempo, l'hub ha installato stampanti 3D avanzate in grado di realizzare prototipi di dispositivi per alloggiare materiali e catalizzatori che assorbono la luce, fornire loro acqua e separare e raccogliere idrogeno e ossigeno. Finora, i ricercatori hanno costruito due di questi prototipi in grado di produrre carburante dalla luce solare, anche se non ancora in modo economico. Il piano è di avere almeno quattro o cinque versioni diverse dei dispositivi, ognuna con diversi punti di forza e di debolezza. I ricercatori vogliono più versioni perché non possono prevedere dove sarà il prossimo avanzamento dei materiali.
L'idea di sviluppare nuove tecnologie energetiche nei centri di innovazione è molto diversa dall'approccio di aiutare le aziende ad aumentare la produzione attraverso sovvenzioni o garanzie di prestito, come ha fatto il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti nel caso di A123 e Solyndra. È anche molto diverso dal finanziare progetti di ricerca nel programma ARPA-E, il cui obiettivo è quello di fare un progresso specifico in un laboratorio o in un'azienda, come la scoperta di un nuovo materiale promettente, e dimostrarne il potenziale entro tre anni, per esempio, costruendo una batteria funzionante utilizzando quel materiale.
I centri di innovazione riuniscono ricercatori di molti gruppi diversi per concentrarsi sulla realizzazione di scoperte su problemi di vecchia data. Lavorano su molti livelli diversi, facendo di tutto, dalla scoperta di nuovi materiali e studiando attentamente come funzionano, fino alla progettazione e alla costruzione di dispositivi che potrebbero utilizzare quei materiali. Mentre ARPA-E concede ai singoli progetti alcuni milioni di dollari, ogni hub dovrebbe ricevere più di cento milioni di dollari in cinque anni in riconoscimento della più ampia scala dei problemi che affrontano.
Finora sono stati finanziati cinque centri di innovazione, ma il finanziamento per il loro mandato quinquennale non è garantito. I soldi devono essere assegnati ogni anno e il budget per il prossimo anno non è stato approvato. Sebbene le commissioni competenti della Camera e del Senato sostengano il finanziamento continuo per tutti e cinque, il Congresso sta affrontando una crescente pressione per trovare luoghi in cui tagliare le spese.