Fermentazioni alternative: lo strano rapporto fra batteri e idrogeno

Rendering strutturale molecolare dell'enzima Fe-Ni Idrogenasi. Imagecredit: Instituto de Tecnologia Química e Biológica

Tra le diverse tecnologie conosciute per la produzione di idrogeno, l’impiego dei batteri e delle biotecnologie applicate, forse rappresenta l’alternativa più promettente per sostituire i combustibili fossili e altri sistemi di accumulo energetico basati sull’energia chimica. Oggi quasi la metà del fabbisogno di idrogeno viene soddisfatto tramite il reforming del gas naturale, il 30% deriva da oli pesanti e nafta, il 18% da carbone, solo il 4% da elettrolisi e infine circa l’1% è prodotto da biomassa. Una situazione che affonda la sua insostenibilità nello scarso rendimento energetico delle tecniche più gettonate, e nella contemporanea produzione di biossido di carbonio, il fatidico e gravoso residuo finale di ogni ossidazione organica.

Con questi presupposti non è difficile indovinare che per liberarsi dalla produzione collaterale di anidride carbonica nello sfruttamento dei vettori energetici come l’idrogeno, bisogna necessariamente modificare il paradigma produttivo, riducendo o addirittura eliminando del tutto le fonti non rinnovabili e incentivando la ricerca in una direzione che permetta di sganciarsi da questo abuso delle risorse naturali e che allo stesso tempo consenta di operare a temperatura ambiente.

La scoperta che alcune alghe verdi producono idrogeno in particolari condizioni risale addirittura al 1939, quando Hans Gaffron si accorse che la Chlamydomonas reinhardtii sospendeva la generazione di ossigeno (tramite la fotosintesi) per emettere idrogeno, ma non fu mai in grado di spiegarne il meccanismo. Solo 60 anni dopo, nel 1999, il professor Anastasios Melis dell’Università di Berkeley in California svelò l’arcano: privando l’alga di zolfo e ossigeno si crea la condizione ideale per sostenere la produzione di idrogeno per un certo periodo. Chiaramente l’interesse per questo tipo di ricerche è sempre stato offuscato dalle priorità in voga nell’ultima metà dello scorso secolo, principalmente di stampo nucleare e petrolifero per intenderci, altrimenti in questo momento ci troveremmo ad utilizzare agevolmente sistemi a impatto zero per i nostri fabbisogni energetici. Qualcuno azzarda che un impegno pari a quello del progetto Manhattan avrebbe risolto da tempo ogni ostacolo tecnico, e che a quest’ora un’economia dell’idrogeno sarebbe stata ampiamente sostenibile comportando un progresso senza pari e in totale rispetto dell’ambiente.

Come misurare la velocità della luce e quella del … buio!

Una sfera integratrice da 3 metri per la misura di illuminanti di grandi dimensioni.

E’ molto facile, disponendo degli strumenti adatti, misurare le numerose caratteristiche fisiche associate alla luce e alla sua interazione con i materiali, intensità, tonalità, saturazione, coordinate tricromatiche, temperatura di colore, riflessione, rifrazione, lunghezza d’onda e frequenza sono solo alcuni esempi delle principali proprietà che si stimano con apparecchiature specialistiche, spesso sofisticate e molto costose.
Questi parametri sono ampiamente utilizzati da chimici, astronomi, grafici, carrozzieri e formulatori di vernici, dai tecnici video e dai fotografi, e da tutti coloro che operano nei settori in cui la fotometria e la colorimetria giocano un ruolo rilevante.
Misurare la velocità della luce invece, nonostante gli ordini di grandezza che la contraddistinguono, potrebbe rivelarsi un gioco da ragazzi.  E’ sufficiente munirsi di un comune forno a microonde e di un righello! Almeno questo è ciò che si trova con una ricerca superficiale, ma la questione è un po’ più complessa di così…

Benzina dalle formiche!

Un catalizzatore basato sul ferro per la riduzione di bicarbonato a formiato. Imagecredit: WILEY-VCH

Sembra talmente banale, una di quelle idee spiazzanti e sotto gli occhi di tutti, che tuttavia a causa di quell’ottica vigente totalmente stereotipata che nasconde anche l’intuizione più evidente, rimane sempre in secondo piano.

La domanda è semplicissima e non nascondo di essermela posta molte volte anche io: le formiche sono la chiave per il carburante del futuro?

L’acido formico (HCOOH) il più semplice acido organico che deve il suo nome proprio alle formiche, nel cui organismo viene sintetizzato e che lo usano come veleno urticante, rappresenta una delle molecole ideali per immagazzinare l’idrogeno, in maniera efficace e sicura e potrebbe diventare il “serbatoio” energetico rifocillato da energie rinnovabili per alimentare le automobili del XXI secolo, che è già iniziato, non dimentichiamolo, anche se forse non sembrerebbe…

Alla faccia del bicarbonato di sodio, che alghe!

Alghe si nasce, ma formidabili produttori di biocombustibili si diventa!

Già, perché, quasi come una novella scoperta dell’acqua calda, alcuni ricercatori hanno dimostrato che un reagente “povero” come il bicarbonato di sodio è in grado di aumentare notevolmente la produzione da parte delle alghe dei precursori chiave del biodiesel, un combustibile ottenuto da fonti rinnovabili.

Una notizia che alle sette sorelle non farà certo piacere di questi tempi, che tra le incombenze di Hubbert, le mestruazioni del golfo messicano e l’instabilità dei mercati, adesso vedono schierarsi un altro agguerrito e temibile concorrente nelle file dei combustibili alternativi.

Stewart Brand: eco-pragmatismo o eco-opportunismo?

Stewart Brand. Imagecredit: Wikimedia Commons

Mister Stewart Brand è uno scrittore statunitense che verso la fine degli anni ’60 ebbe l’idea meravigliosa di catalogare i migliori attrezzi e libri che si potevano trovare al mondo in quel periodo, corredando il tutto con immagini, analisi ed utilizzi, prezzi e fornitori, producendo così una delle prime guide commerciali più complete allora disponibili, The Whole Earth Catalog, il quale è stato addirittura definito come il progenitore del World Wide Web da Steve Jobs, tanto fu il successo riscosso dalla sue reiterata pubblicazione. Il suo lavoro fu utile per rendere gli utenti consapevoli delle nuove tecnologie, dell’esistenza di uno sviluppo sostenibile, creando così in loro la fiducia necessaria per migliorare l’economia tramite le loro risorse.

L’influenza del Whole Earth Catalog sul movimento culturale del ritorno alla terra proprio degli anni ’70 ed i movimenti comunitari propri di molte città fu vasto e sentito negli Stati Uniti, in Canada ed oltre. Un’edizione del 1972 fu venduta in 1.5 milioni di copie e vinse negli Stati Uniti il National Book Award. Proprio grazie al catalogo, molte persone conobbero le energie alternative (solare, eolica, idrica su piccola scala, geotermica), prendendo coscienza dell’incredibile opportunità che potevano offrire.

Seguono numerosi aneddoti e varie vicende, nonché il clamoroso voltafaccia di questi ultimi tempi. Infatti andando contro ogni bene predicato in passato, il suo manifesto pragmatista rinnega ogni cosa, forte della popolarità acquisita negli anni è diventato un perfetto uomo-simbolo paralobbista che propaganda eresie supportate solo da un contorno di aria fritta, una pratica che anche in Italia trova terreno fertile con i suoi attuali paladini del nucleare come Umberto Veronesi o Margherita Hack.

Metti un giorno il sole in cassaforte!

Fulvalene coordinato con due atomi di rutenio. Imagecredit: Jeffrey Grossman - MIT

Dopo aver visto i super-atomi e gli iperalogeni, le molecole con più transizioni di forma prestabilite a comando,  gli effetti fotomeccanici semaforici dei cristalli liquidi,  non dovrei più stupirmi apprendendo che esiste una molecola in grado di immagazzinare il calore, eppure sono rimasto piacevolmente sorpreso quando ho letto che questo processo avviene in maniera stabile, a richiesta e soprattutto reversibile.

In poche parole attualmente esistono due metodi per catturare l’energia dal sole, con il fotovoltaico si trasforma la luce in elettricità, mentre con appositi collettori possiamo convertire la radiazione solare in energia termica e utilizzarla direttamente, ad esempio per produrre il vapore che alimenta una turbina.

Ma esiste anche un altro sistema, ancora allo stadio  embrionale, che è stato accantonato perché nessuno trovava un modo per sfruttarlo in termini pratici ed economici.

Qui sopra vediamo il protagonista di questa ricerca, pubblicata inizialmente nel 1996  quando Roland Boese et al. annunciano la sintesi del fulvalene tetracarbonil-dirutenio, un composto di coordinazione con la rara proprietà di accumulare l’energia termica convertendola in energia chimica on demand.

Idrogeno per tutti dall’acqua funzionale giapponese?

Idrogeno - easy rider

Il primo dubbio che assale chi affronta questi argomenti non è se sia davvero possibile ricavare idrogeno dall’acqua sfondando la grande muraglia chiamata prima legge della termodinamica, ma, nel caso specifico, perché se ne parla così poco e con estrema avarizia nel diffondere i particolari?

La notizia è che lunedì 25 ottobre, una società attiva nella ricerca di nuove soluzioni energetiche giapponese, la FUKAI Environmental Research Institute Inc., ha organizzato una conferenza stampa per la dimostrazione del suo sistema di produzione di idrogeno che dovrebbe avere il più basso costo al mondo per la generazione di 1 kWh: solo 13 centesimi di Euro (0,18 $)!

Come costruire un reattore nucleare in giardino

Chi non vorrebbe una centrale in giardino? Imagecredit: howstuffworks

Costruire una centrale in cortile, nel giardino, meglio se vicino a un laghetto, o addirittura in cantina? Niente di più facile, inoltre finalmente potrete considerarvi dei veri e propri ambientalisti, doc, dop oppure cog, decidetelo voi, perché, direte, state facendo del bene al pianeta.

In questo modo, oltre all’efficace contenimento dell’effetto serra, del global warming e del phishing nelle e-mail, contribuirete in sicurezza ad eliminare quell’impegnativa e antipatica dipendenza dell’Italia dai combustibili fossili, nonché dallo scellerato acquisto di elettricità nucleare dai paesi nostri vicini, che non fanno altro che approfittarsi di questa nostra deficiente arretratezza, tutta ideologica e in controtendenza con il rinverdito rinascimento nucleare mondiale, rifilandoci così i loro eccessi, altrimenti chiamati sprechi energetici.

Disinformazione nucleare: i controversi effetti sulla salute degli impianti

Obiettivi delle radiazioni ionizzanti sul corpo umano

Sempre più spesso si sente affermare che le centrali nucleari non hanno nessun impatto sulla salute degli sfortunati residenti che abitano entro un certo perimetro dagli impianti. Studi come il tedesco KiKK vengono presi di mira dagli empatici del nucleare, e demoliti impietosamente andando a disseppellire il fatidico pelo nell’uovo.

Una pratica che sicuramente giova al nuovo rinascimento nucleare che imperversa, ma non tiene alcun conto del principio di precauzione, quella politica di condotta cautelativa per quanto riguarda le decisioni inerenti la gestione delle questioni scientificamente controverse. Questo è quanto afferma il Dr. Giovanni Ghirga, del Coordinamento Nazionale dei Comitati dei Medici per l’Ambiente e la Salute, che sostiene:

Il dibattito sull’aumento del rischio di cancro per coloro che vivono vicino ad una centrale nucleare, in particolare i bambini, rimane largamente aperto a prescindere o meno dal poter dimostrare un nesso causale diretto tra le emissioni radioattive e l’insorgenza della malattia stessa.

In un commentario di Ian Fairlie, sugli studi finora pubblicati in tema di correlazione tra il cancro infantile e la distanza dalle centrali nucleari, si esaminano i risultati e si discute sugli studi epidemiologici passati e recenti relativi all’insorgenza di leucemie in prossimità degli impianti nucleari in tutto il mondo, delineando un possibile meccanismo biologico che giustifica l’aumento dei casi di cancro.

Viaggio tra i misteri della chimica

Forse se iniziamo a invocare i "misteri della chimica", magari otterremo qualche fondo per la ricerca in più! Imagecredit: Wiley "Non Sequitur"

Tra i misteri ancora da risolvere nelle discipline scientifiche, forse quelli chimici sono i più facili da affrontare e dominare, e solitamente non suscitano lo stesso clamore di altri problemi irrisolti nel campo della fisica, come il mistero dell’antimateria (Antimatter mystery) o il monopolo elusivo (The elusive monopole), oppure della biologia come la vita ibrida (Hybrid life) o l’effetto nocebo (The nocebo effect), tanto per citarne qualcuno.

Questo tipo di problemi nella chimica tendono a fronteggiare questioni come la possibilità di produrre un composto X, esplorare metodiche per analizzarlo o sistemi per purificarlo e vengono di solito risolte in tempi relativamente brevi, anche se possono benissimo richiedere notevoli sforzi per arrivare alla soluzione ricercata.

Tuttavia, capita che ci sono anche alcune questioni con implicazioni più profonde, legate soprattutto alle ricerche emergenti. Partiamo da una definizione.

I problemi di chimica sono considerati irrisolti quando un esperto in materia li ritiene tali o quando diversi esperti del settore non sono d’accordo su un’unica soluzione per un dato problema.

Questa proposizione naturalmente può applicarsi a qualsiasi campo sperimentale, e un sano dibattito spesso porta a conclusioni condivise, probabilmente costruite sulle critiche edificanti delle parti in causa.

Aiutano senz’altro generose iniezioni di fondi incentivanti la ricerca e l’assenza tutt’altro che sterile di ingerenze di qualsiasi tipo, che siano religiose, politiche, economiche, o meri interessi privati come la mitomania e insane ambizioni.

Come fare un videoclip di una molecola

Molucad, uno dei freeware più versatili per la modellistica molecolare

Un pallino che mi attanagliava da tempo (si lo so, sono un po’ strano), era quello di disegnare una molecola qualsiasi con le forme di Van der Waals (quelle a palloncini), predisporre una rotazione variabile e estrarre il filmato in formato avi, pronto per essere pubblicato e utilizzato anche per una didattica più accattivante.

La ricerca di un software adatto è stata lunga e laboriosa, le condizioni da rispettare erano rigorose e prevedevano l’estrema facilità d’uso, la condizione di software open source o freeware, anche per decorrenza dei termini di licenza. Chiaramente non poteva mancare il supporto per il 3D e l’animazione. Infine, assolutamente indispensabile, la possibilità di esportare il tutto in un file video manipolabile con programmi comuni.

Batterie biologiche, biodegradabili e rinnovabili

Mitocondrio. Courtesy of Dr. Henry Jakubowski, via microbewiki.kenyon.edu

I mitocondri sono degli organuli cellulari che sguazzano nel citoplasma degli eucarioti, e spesso vengono definiti come le “centrali energetiche” della cellula, un attributo meritato grazie alle funzioni di estrazione dell’energia dai metaboliti e dalle reazioni biochimiche implicate.

Un team di ricercatori ha provato ad impiegarli come dei veri e propri generatori di corrente biologici che producono energia sufficiente al funzionamento di piccoli dispositivi portatili come telefoni cellulari o computer portatili.

Varata la fuel cell più grande del mondo!

Il semirimorchio che trasporta la cella

Si tratta della cella a combustibile (fuel cell) più grande del mondo, ed è appena partita alla volta della città di Eastlake, Ohio, per il suo viaggio quinquennale, un intero periodo di test, manco fosse l’Enterprise!

La sua missione è quella di sopperire ai picchi di domanda dell’energia durante i periodi più critici e il suo sarà un lungo viaggio di prova sul campo.

L’imponente cella a combustibile è stata montata all’interno di un semirimorchio di un TIR e contiene abbastanza energia da alimentare ben 500 case. La capacità effettiva della cella è di 1 megawatt e produce esclusivamente vapore acqueo come unica emissione.

Batterie a ricarica luminosa

Ifor Samuel

Presto sarà disponibile una nuova generazione di batterie che sfruttano un rivoluzionario sistema di accumulazione dell’energia, basta esporle alla luce  e i fotoni catturati “riempiranno” il serbatoio della cella rigenerandola completamente.

La buona novella giunge da oltremanica, un gruppo di ricercatori guidati da Ifor Samuel, di stanza presso la University of St Andrews, Regno Unito, sono riusciti a sintetizzare un complesso molecolare ramificato con un nucleo cationico a base di cianina (un pigmento sintetico appartenente al gruppo delle polimetine), il tutto associato ad un anione ioduro. Questa miscela polimerica è definito dall’acronimo PEDOT:PSS, per esteso: poli(3,4-etilenediossitiofene) poli(stirenesulfonato), un complesso di due ionomeri.

Flatulenze batteriche miracolose!

Il complesso molecolare della nitrogenasi. Imagecredit: Wikimedia Commons

Potrebbe essere una scoperta rivoluzionaria: un enzima che normalmente converte l’azoto gassoso in ammoniaca, un processo noto come azotofissazione, è anche in grado di ridurre il monossido di carbonio per produrre idrocarburi semplici come il propano, impiegabili come combustibile.

A questa conclusione sono giunti Chi Chung Lee, Yilin Hu e Markus Ribbe, della University of California, i quali stanno indagando sulla enzima vanadio-nitrogenasi – il cugino meno noto della   molibdeno-nitrogenasi.

Il team per la prima volta  è riuscito a isolare una quantità sufficiente di vanadio- nitrogenasi pura per effettuare alcuni test. Uno di questi implicava l’esposizione dell’enzima al monossido di carbonio, (CO) che rappresenta un potente inibitore nella fissazione dell’azoto della versione contenente molibdeno dell’enzima.

Termofotovoltaico: così i pannelli renderanno il 50% in più

Un piccolo dispositivo PETE composto da nitruro di gallio rivestito di cesio, brilla durante la fase di sperimentazione all'interno di una camera sotto vuoto spinto. Imagecredit: Nick Melosh - Stanford University

Scoperto dai ricercatori della Stanford University, un nuovo processo di conversione dell’energia solare promette di portare il fotovoltaico sul podio delle future fonti di energia. Il sistema combina simultaneamente la luce e il calore della radiazione solare per generare elettricità, raggiungendo potenzialmente il doppio dell’efficienza dei pannelli costruiti secondo le attuali tecnologie.

Il processo è conosciuto con l’acronimo di PETE, photon enhanced thermionic emission (emissione di fotoni potenziati [con metodo] termoionico) e potrebbe ridurre sensibilmente il costo della produzione di energia dal sole, fino a competere egregiamente con le più economiche risorse fossili, surclassandole.

Imballaggi fungini

L'Ecocradle in persona!

Si chiama Ecocradle™, ed è un nuovo materiale per l’imballaggio composto essenzialmente da sottoprodotti agricoli (come ad esempio scarti di cotone) resi consistenti da micelio fungino, il reticolo filiforme dei funghi che costituisce la parte vegetativa ed è composto da molte cellule allungate (ife). Con l’aspetto e la funzionalità delle schiume polimeriche, l’EcoCradle può essere fabbricato con solo un solo ottavo dell’energia e un decimo delle emissioni di biossido di carbonio rispetto al materiale tradizionale degli imballaggi come il polistirolo.