Produrre energia pulita con le piume di gallina

Se oggi la Terra rimanesse improvvisamente senza energia, in particolare senza energia elettrica, la forma di energia più versatile e comoda da utilizzare, la vita sul pianeta sarebbe migliore? 

L’uomo ha una forte capacità di adeguamento, tuttavia senza più energia, si spegnerebbe e si fermerebbe tutto o quasi, un enorme blackout con un salto all’indietro totale. La storia dice che se dovessimo individuare in un unico nome chi ha scoperto la corrente elettrica dovremmo fare per primo quello di Talete che nella Grecia del 600 a.C. ha intrapreso i primi esperimenti con la resina fossile chiamata ambra. Da lì, oltre 2500 anni di scoperte e innovazioni partendo da una considerazione: l’energia elettrica non si crea, ma si trasforma.

Essa è una fonte secondaria di energia, viene prodotta, cioè, bruciando combustibili o sfruttando elementi come acqua, sole e vento. Sono le fonti primarie di energia, rispettivamente chiamate fossili e fonti rinnovabili. I combustibili fossili prima o poi finiranno e non c’è ancora piena convinzione sull’uso dell’energia nucleare. Attualmente, le centrali che sfruttano il vento, il sole, le maree, le biomasse sono costose e producono poca energia anche se hanno il vantaggio di essere rinnovabili e non inquinanti. Per avere energia infinita si punta a realizzare la fusione nucleare controllata ma si lavora anche ad altre soluzioni come una stazione orbitale con una superficie di alcuni Km quadrati rivestita di celle fotovoltaiche.

L’energia elettrica da essa prodotta verrebbe inviata sulla Terra sotto forma di microonde. Stazione fattibile già oggi con possibilità di crescere in dimensioni e potenza perché progettata in moduli agganciabili fra loro. Comunque, per ritardare l’esaurimento dei combustibili fossili e limitare il dilagante inquinamento dell’aria, per adesso altra via non c’è se non quella del massimo risparmio dei consumi di energia, evitando gli sprechi e realizzando dispositivi sempre più efficienti. L’uomo, nei suoi tentativi di trovare nuove vie e nuove soluzioni a tutto, è inesauribile. Ed ecco, in questo campo, dopo l’energia del vento e del sole, arrivare l’”energia delle piume”.

Si tratta della produzione di elettricità pulita con le piume dei polli, in particolare utilizzandole per rendere le celle a combustibile più economiche e sostenibili. Ogni anno più di cento milioni di tonnellate di polli e galline fanno da cibo per sette miliardi di persone nel mondo. Penne e piume finiscono generalmente al macero dissipando la cheratina, la proteina di cui sono in buona parte composte, anche componente fisiologico umano di capelli, unghie e pelle. Da anni si lavora per estrarre dalla cheratina una nuova plastica naturale, resistente e biodegradabile. Adesso l’obiettivo è quello di produrre energia pulita usando la cheratina presente nelle piume delle galline trasformandola in celle a combustibile meno tossiche di quelle conosciute e impiegate finora. E’ questa l’idea di un gruppo di ricercatori e ricercatrici del Politecnico federale di Zurigo (ETHZ) e della Nanyang Tecnology University di Singapore (NTU). In un recente comunicato pubblicato sul sito internet dell’ETHZ si dice che “Le celle a combustibile sono in grado di generare elettricità”. La reazione chimica tra idrogeno e ossigeno sprigiona calore e acqua e, in futuro, le piume potrebbero pertanto diventare un’interessante fonte di energia sostenibile.

Quelle in uso attualmente vengono prodotte con materiali altamente tossici, conosciuti anche come "sostanze chimiche eterne", poiché non si degradano nell'ambiente. Il team di ricerca ha creato una membrana composta per la maggior parte da cheratina biologica, ecosostenibile e soprattutto disponibile in enorme quantità, poiché le piume di pollo sono composte per il 90% da questa proteina. Sarebbe inoltre un modo per usare quello che attualmente è considerato prodotto di scarto dell'industria alimentare: ogni anno ne vengono incenerite circa 40 milioni di tonnellate, rilasciando nell'aria grandi quantità di CO2 e gas tossici come l'anidride solforosa. Il processo per sfruttare queste piume è apparentemente semplice ed ecologico: si estrae la proteina cheratina dalle piume e la si converte in fibre ultrafini, note come fibrille amiloidi, che vengono utilizzate nella membrana di una cella a combustibile. Le celle a combustibile generano elettricità da idrogeno e ossigeno, priva di CO2, rilasciando solo calore e acqua e all’ETH Zürich sono convinti, appunto, che « In futuro potrebbero svolgere un ruolo importante come fonte di energia sostenibile».

Ci sono ancora non pochi nodi da sciogliere prima che questa nuova tecnologia diventi operativa a cominciare dalla verifica sulla stabilità e sulla durata della membrana di cheratina. 

I ricercatori spiegano che «Nel cuore di ogni cella a combustibile si trova una membrana semipermeabile. Consente il passaggio dei protoni ma blocca gli elettroni, costringendoli a fluire attraverso un circuito esterno dall’anodo caricato negativamente al catodo caricato positivamente, producendo così una corrente elettrica. Nelle celle a combustibile convenzionali, queste membrane sono state finora realizzate utilizzando sostanze chimiche altamente tossiche, o “sostanze chimiche per sempre”, che sono costose e non si degradano nell’ambiente». La membrana sviluppata dai ricercatori dell’ETH e della NTU è invece composta principalmente da cheratina biologica, compatibile con l’ambiente e disponibile in grandi quantità: come detto, le piume di pollo sono composte per il 90% da cheratina. Ciò significa che la membrana prodotta in laboratorio è già fino a tre volte più economica delle membrane convenzionali. Uno degli autori dello studio, Raffaele Mezzenga, dell’ ETH Zürich e della NTU ricorda: «Ho dedicato anni alla ricerca di diversi modi in cui possiamo utilizzare i rifiuti alimentari per i sistemi di energia rinnovabile. Il nostro ultimo sviluppo chiude un ciclo: prendiamo una sostanza che rilascia CO2 e gas tossici quando viene bruciata e la usiamo in un ambiente diverso: con la nostra nuova tecnologia non solo sostituisce le sostanze tossiche, ma impedisce anche il rilascio di CO2, diminuendo il ciclo complessivo dell’impronta di carboni». Ma è lo stesso Mezzenga ad avvertire che «Tuttavia, ci sono ulteriori sfide da superare prima che l’idrogeno possa affermarsi come fonte energetica sostenibile. L’idrogeno è l’elemento più abbondante nell’universo, sfortunatamente non sulla Terra. Poiché qui l’idrogeno non si trova nella sua forma pura, deve essere prodotto, il che richiede una grande quantità di energia. Anche in questo caso la nuova membrana potrebbe rivelarsi utile in futuro, perché potrà essere utilizzata non solo nelle celle a combustibile ma anche nella scissione dell’acqua».

Con l’elettrolisi, la corrente continua viene fatta passare attraverso l’acqua, provocando la formazione di ossigeno sull’anodo caricato positivamente, mentre l’idrogeno fuoriesce sul catodo caricato negativamente. L’acqua pura non è sufficientemente conduttiva per questo processo e spesso richiede l’aggiunta di acidi. Ma la nuova membrana è permeabile ai protoni e consente quindi la migrazione delle particelle tra anodo e catodo necessaria per un’efficiente scissione dell’acqua, anche in acqua pura. Il prossimo passo dei ricercatori svizzeri e singaporiani sarà quello di studiare quanto sia stabile e durevole la loro membrana di cheratina e, se necessario, migliorarla. Il team di ricerca ha già depositato un brevetto congiunto per la membrana e ora sta cercando investitori o aziende per sviluppare ulteriormente la tecnologia e portarla sul mercato.

Fonte Copertina: Midjourney AI Generator