Nuove prospettive per la gestione dell’energia solare ispirate dal Dna

Dalla conversione fotovoltaica al solare termico a concentrazione, fino ai sistemi Most ispirati al Dna: le tecnologie per valorizzare l’energia solare evolvono tra criticità di materiali, stabilità e sostenibilità, aprendo nuove prospettive per accumulo e produzione di energia pulita

Per ottenere energia pulita, cosa c’è di più ovvio che valorizzare l’energia solare, assorbirla, trasformarla, immagazzinarla e utilizzarla per le nostre necessità?

Semplificando molto, possiamo considerare due strategie principali: la prima è quella di acquisire l’energia termica della radiazione solare, come nella tecnologia del solare termico a concentrazione o Cst, la seconda è quella di utilizzare i fotoni della radiazione solare per generare corrente elettrica (tecnologia fotovoltaica) o per immagazzinare energia chimica in sistemi chiamati molecular solar thermal energy storage (Most).

Entrambi gli approcci, benchè semplici sulla carta, presentano sfide tecnologiche non indifferenti, tuttora non completamente risolte.

Le basi del fotovoltaico e del solare termico a concentrazione

I sistemi fotovoltaici prevedono la cattura dei fotoni della radiazione solare a opera di celle costituite da materiali con caratteristiche chimiche tali da consentire la generazione di un flusso di elettroni, che producono corrente all’interno di un circuito predisposto ad hoc.

I materiali per le celle fotovoltaiche più comunemente utilizzati data la loro elevata efficienza sono a base di silicio (oltre il 95 % del mercato). Si stanno sviluppando pannelli fotovoltaici a base di perovskite e polimeri organici.

I primi, benchè caratterizzati da una buona efficienza e bassi costi, tuttavia, pongono problemi di stabilità a lungo termine e di sostenibilità ambientale a fine vita; i polimeri organici sono a basso costo, ma nettamente meno efficienti rispetto ai precedenti e anch’essi hanno limiti di stabilità e sostenibilità a fine vita.

La tecnologia del solare termico a concentrazione attualmente dominante utilizza degli specchi parabolici per concentrare la radiazione solare su un sistema di tubazioni disposte opportunamente, in cui è fatto scorrere un liquido chiamato fluido termovettore, che viene riscaldato con l’energia termica solare, raggiungendo temperature estremamente elevate.

Il principio è del tutto analogo a quanto si faceva da bambini, utilizzando una lente d’ingrandimento e concentrando i raggi solari e il calore in un punto specifico.

Il calore assorbito dal fluido può essere convertito in energia elettrica, se il sistema è abbinato a una macchina termica (turbina a vapore) adatta a questo scopo. Il solare termico a concentrazione è pensato per la scala industriale.

Le temperature del fluido termovettore possono raggiungere i 400°C, pertanto i composti adatti a svolgere questa funzione devono essere in grado di sopportare sbalzi termici elevatissimi.

Purtroppo, i limiti di temperatura sono ciò che ha principalmente ostacolato lo sviluppo della tecnologia e sono pochi i composti oggi disponibili come fluidi termovettori, che peraltro pongono problemi importanti di sostenibilità ambientale.

La tecnologia è tuttavia promettente e per questo motivo la ricerca non si è fermata.

Dalla struttura del Dna nascono nuove prospettive: un nuovo sistema Most

l Molecular Solar Thermal Energy Storage (Most) sono sistemi innovativi, teorizzati nel 1909, che immagazzinano la radiazione solare in energia chimica attraverso i legami chimici tra atomi presenti in molecole adeguate per lo scopo.

L’energia chimica può essere immagazzinata per lunghi periodi e rilasciata solo quando necessario, con l’intervento di un catalizzatore, con una seconda radiazione e con un leggero riscaldamento.

L’energia chimica acquisita può essere rilasciata in diversi modi differenti, ma il più comune è attraverso il calore. I composti in grado di operare come Most sono studiati in modo tale da poter alimentare un ciclo, in cui il Most con struttura chimica iniziale A a bassa energia viene caricato dalla luce e immagazzina energia trasformandosi nella struttura B ad alta energia.

Quando necessario, un attivatore attiva il rilascio di energia da B, che si trasforma nuovamente in A. Questo processo di carica-scarica è reversibile, consentendo di ottenere energia più volte dallo stesso materiale, finché il calo delle prestazioni ne richiede la sostituzione.

Attualmente gli studi si concentrano sull’utilizzo dei Most per il riscaldamento domestico, per la produzione di elettricità e come sostituti delle attuali batterie, ma sono ancora lontani dall’applicabilità.

I limiti principali derivano dall’inefficienza di assorbimento della luce solare, dal tempo necessario alla carica e al rilascio di energia, dalla necessità di utilizzare solventi organici talvolta tossici, dalla tecnologia del dispositivo per il loro utilizzo.

Una buona notizia giunge però da un recente studio di un gruppo di ricerca dell’Università della California e della Brandeis University, pubblicato recentemente su Science (12 Febbraio 2026).

I ricercatori hanno considerato la sostenibilità fin dalla fase di progettazione (Sustainability by Design), ispirandosi alla struttura delle basi pirimidiniche presenti negli acidi nucleici, come il Dna e l’Rna e in particolari alle trasformazioni subite a seguito dell’esposizione ai raggi Uv.

Questi nuovi sistemi molecolari sono solubili in acqua e riescono a rilasciare una quantità di energia termica nettamente superiore ai Most attualmente noti: in meno di un secondo riescono a portare a ebollizione l’acqua e sono in grado di mantenere l’energia solare immagazzinata, superiore rispetto alle attuali batterie al litio, fino a tre anni.

Considerando i cicli di utilizzo e l’energia immagazzinata per chilogrammo, si stima che il sistema Most ispirato al Dna possa offrire la stessa resa termica della combustione di una massa pari di gasolio.

Ci sono tuttavia ancora alcuni limiti da risolvere per portare questa tecnologia sul mercato, tra cui il tempo di ricarica e il sistema catalitico necessario per il rilascio di energia.

Tuttavia, questo risultato è un grande passo avanti nella conoscenza per lo sviluppo dei Most e per ricavare energia dal sole.

Per saperne di più

• il funzionamento dei pannelli solari in breve
• status and challenges for molecular solar thermal energy storage system based devices
• molecular solar thermal energy storage in Dewar pyrimidone beyond 1.6 MJ/kg

Crediti immagine: Depositphotos

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Laura Cipolla: curiosa su tutto ciò che coinvolge la trasformazione della materia, dai sistemi viventi alle applicazioni della chimica, in particolare quelle legate alle biotecnologie. Per lei, la chimica è la vita, è il nostro Pianeta | Linkedin

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