La conversione efficiente dell’energia solare in forme memorizzabili di energia chimica è il sogno di molti ingegneri. La natura ha trovato una soluzione perfetta a questo problema miliardi di anni fa. Il nuovo studio mostra che la meccanica quantistica non è solo per i fisici, ma svolge anche un ruolo chiave in biologia.
Gli organismi fotosintetici come le piante verdi usano processi meccanici quantistici per sfruttare l’energia del sole, come spiega il Prof. Jürgen Hauer: “Quando la luce viene assorbita in una foglia, ad esempio, l’energia dell’eccitazione elettronica viene distribuita su diversi stati di ogni clorofilla eccitata molecola; di trasferimento di energia e separazione della carica. “
Questo processo, che non può essere compreso in modo soddisfacente solo dalla fisica classica, si verifica costantemente in piante verdi e in altri organismi fotosintetici, come i batteri fotosintetici. Tuttavia, i meccanismi esatti non sono ancora stati completamente chiariti. Hauer e il primo autore Erika Keil vedono il loro studio come una nuova importante base nello sforzo di chiarire come funziona la clorofilla, il pigmento in foglia verde. L’applicazione di questi risultati nella progettazione di unità di fotosintesi artificiale potrebbe aiutare a utilizzare l’energia solare con efficienza senza precedenti per la generazione di elettricità o la fotochimica.
Per lo studio, i ricercatori hanno esaminato due sezioni specifiche dello spettro in cui la clorofilla assorbe la luce: la regione Q a bassa energia (intervallo spettrale da giallo a rosso) e la regione B ad alta energia (blu a verde). La regione Q è costituita da due diversi stati elettronici che sono accoppiati meccanicamente quantistici. Questo accoppiamento porta al trasporto energetico privo di perdite nella molecola. Il sistema quindi si rilassa attraverso il “raffreddamento”, cioè rilasciando energia sotto forma di calore. Lo studio mostra che gli effetti meccanici quantistici possono avere un’influenza decisiva sui processi biologicamente rilevanti.
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