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Le foglie artificiali hanno le funzioni di vivere

25.03.2019

I ricercatori dell'Università dell'Illinois (USA, Chicago), dopo numerosi tentativi, hanno finalmente sviluppato foglie artificiali scalabili che svolgono le stesse funzioni delle piante viventi, ovvero: convertono l'anidride carbonica in acqua e monossido di carbonio. Producono anche ossigeno. Secondo gli scienziati, tali fogli possono essere utilizzati per vari scopi: migliorare la qualità dell'aria circostante, ottenere carburante a basso costo.

Ogni pianta sulla terra è una piccola "centrale elettrica" naturale che trasforma in energia la luce solare, l'acqua e l'anidride carbonica in entrata. Per circa dieci anni, gli scienziati hanno cercato senza successo di creare una copia di un foglio naturale, funzionante per analogia con il presente. Un team dell'Università dell'Illinois è stato il primo a risolvere questo problema e ha sviluppato un nuovo modello di foglia che funzionava ugualmente bene in laboratorio e sul campo.

Le piante artificiali assorbono l'anidride carbonica (CO2) dall'aria. Convertono l'anidride carbonica in ossigeno (O2) e gas (CO), che è alla base dei combustibili sintetici: benzina, alcol metilico. Tutte le foglie artificiali precedentemente create, sfortunatamente, non sono state in grado di accumulare CO2 dall'aria circostante. Tuttavia, i nuovi sistemi a foglia hanno avuto successo.

Gli scienziati hanno progettato un sistema di fotosintesi artificiale con una produttività 14 volte superiore a quella delle piante viventi. È costituito da elementi che ricevono i raggi del sole, sulla cui superficie si trovano i catalizzatori. La superficie scompone le molecole d'acqua e accumula anche anidride carbonica dall'aria. In precedenza, un tale processo era impossibile, perché le foglie duplicate non avevano stomi, minuscoli fori attraverso i quali assorbono anidride carbonica e rilasciano ossigeno.

Gli scienziati hanno posizionato la foglia artificiale in un guscio denso e permeabile fatto di resina di ammonio. È stato impregnato con un elettrolita a base d'acqua. Per imitare il processo di evaporazione dell'acqua che si verifica nelle piante verdi, i ricercatori hanno fatto in modo che la resina di ammonio assorbisse l'anidride carbonica dall'aria. Sotto il film semiconduttore, l'anidride carbonica è stata convertita in CO o monossido di carbonio. Questo composto può essere raccolto dall'interno della foglia e utilizzato per la distillazione in combustibile.

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"Wingardium Leviosa" - un tale incantesimo è stato usato dai personaggi della serie di fiabe su Harry Potter per far volare gli oggetti nell'aria con un'ondata di una bacchetta magica. Ma mentre scrittori e registi escogitano nuove storie fantastiche, la scienza, passo dopo passo, dà vita a cose che prima sembravano impossibili. Questa volta si trattava di spostare oggetti nell'aria o di levitare. La levitazione può essere definita un tale effetto fisico in cui un oggetto senza supporto visibile è o si muove nell'aria. Ad esempio, se un normale magnete viene posizionato su un materiale superconduttore che è stato precedentemente raffreddato a bassa temperatura, accadrà un "miracolo": il magnete galleggerà liberamente nell'aria a bassa quota. Ciò è dovuto al comportamento speciale del campo magnetico nei superconduttori.

Un fenomeno del genere, seppur molto curioso, è di scarsa utilità per l'uso pratico: la necessità di spostare i magneti su un superconduttore raffreddato alla temperatura dell'azoto liquido non si presenterà per tutti. È una questione completamente diversa se viene inventato un metodo per spostare qualsiasi oggetto senza contatto, indipendentemente dalla loro natura. Tale invenzione sarà ampiamente richiesta in quelle aree in cui l'estrema purezza dei materiali è importante. Ad esempio, nei prodotti farmaceutici o nella microelettronica: qualsiasi contatto extra con il materiale può portare al suo interno impurità indesiderate. I fisici dell'Università di San Paolo in Brasile hanno proposto un modo per far galleggiare piccoli oggetti non solo nell'aria, ma anche spostarli nella giusta direzione.

Per superare la forza di gravità, i ricercatori hanno utilizzato la pressione esercitata dalle onde sonore. Puoi sentire la potenza del suono se ti trovi di fronte a un potente altoparlante che funziona a tutto volume. Il suono è una vibrazione che si verifica in qualsiasi mezzo. Può essere aria, acqua o materiali solidi. Non ci sono onde sonore nello spazio, perché non esiste un mezzo in cui possano propagarsi: il vuoto è un vuoto silenzioso. Da un punto di vista fisico, la trasmissione del suono nell'aria è il movimento di zone di alta e bassa pressione. Le fluttuazioni di pressione creano una forza che può agire sugli oggetti meccanici. È così che è disposto il nostro orecchio, dove i suoni del mondo che ci circonda vengono trasmessi al cervello attraverso le vibrazioni del timpano.

Ora dobbiamo ricordare un'altra caratteristica delle oscillazioni: l'esistenza delle onde stazionarie. L'esempio più semplice: se fissi un'estremità di una lunga fune e muovi l'altra su e giù a una frequenza costante, alcuni punti della fune rimarranno immobili. La formazione di un'onda stazionaria si verifica a causa della sovrapposizione di due onde: l'originale, creata dal movimento dell'estremità libera della corda, e l'onda riflessa. Gli effetti che si verificano quando le onde sonore si sovrappongono l'una all'altra hanno costituito la base del metodo sviluppato di levitazione ultrasonica. L'emettitore emette onde ultrasoniche che vengono riflesse da una superficie situata a una certa distanza. Le onde irradiate e riflesse si sommano, formando qualcosa come un corridoio, in cui si alternano aree di alta e bassa pressione. Se un oggetto cade nell'area di un'onda ultrasonica stazionaria, l'energia delle onde è sufficiente per compensare la forza di gravità e osserviamo l'effetto della levitazione.

Nonostante il metodo di levitazione ultrasonica abbia iniziato a svilupparsi alcuni anni fa, non è stato facile ottenere una presa stabile di oggetti nell'aria. Per molto tempo non è stato possibile creare un'onda ultrasonica stabile e stabile di potenza sufficiente: un leggero movimento dell'emettitore o del riflettore - e l'effetto è scomparso. Per risolvere questo problema, Marco Andrade ei suoi colleghi hanno utilizzato il principio della formazione di onde stazionarie basato su riflessioni multiple. Hanno realizzato uno speciale riflettore ultrasonico concavo con il quale sono riusciti a ottenere la levitazione di piccole sfere di plastica senza mettere a punto il sistema. Anche se tieni in mano il riflettore d'onda, l'effetto di levitazione non scompare - fino a poco tempo fa sembrava impossibile. Questa tecnologia ha molte più possibilità di applicazione reale.

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