Il fabbisogno energetico mondiale attuale, corrispondente a una potenza media di circa 17 TW, è soddisfatto per circa l'86% da fonti fossili, mentre le fonti rinnovabili, nonostante la forte crescita negli ultimi anni, contribuiscono solo per il 3%. Tenendo però conto delle enormi disuguaglianze nell'accesso all'energia (mediamente un americano medio usa più di tre volte l'energia di un cinese), se tutti gli esseri umani oggi avessero lo stesso standard, per esempio quello europeo, il fabbisogno energetico sarebbe circa il doppio.
È facile prevedere che se la popolazione mondiale continuerà ad aumentare, crescerà anche il fabbisogno energetico. I numeri sopra riportati indicano con chiarezza l'enorme sfida che l'umanità ha di fronte a sé: da una parte una crescente domanda di energia, dall'altra la necessità di trovare alternative ai combustibili fossili, sia perché questi finiranno, sia per ragioni ambientali (emissione di CO2 ed effetto serra). Con particolare riferimento a queste ultime, appare urgente trovare soluzioni praticabili per gestire la transizione verso un mondo "decarbonizzato".
Dal punto di vista tecnico, uno dei principali ostacoli a un uso massiccio delle fonti di energia rinnovabili è dato dalla loro intermittenza/variabilità. Questo problema può essere risolto solo sviluppando tecnologie che permettano di accumulare in modo efficiente energia, quando questa è prodotta in eccesso rispetto al consumo immediato. Inoltre le fonti rinnovabili generalmente producono energia elettrica, che mal si presta a essere accumulata e trasportata.
Quello di cui abbiamo bisogno è, dunque, un vettore ad alta densità di energia, facilmente trasportabile facendo uso, possibilmente, delle attuali infrastrutture: dunque combustibili liquidi. Se la conversione di energia solare in energia chimica, sotto forma di combustibili liquidi, avvenisse utilizzando come fonte di carbonio CO2, invece delle riserve fossili, allora si otterrebbe l'ulteriore risultato di riciclare l'anidride carbonica, riducendo quindi l'effetto serra. Anche se l'utilizzo industriale della CO2 è una vecchia storia (basti pensare alla produzione di bibite gassate o di fertilizzanti), la sua conversione in composti chimici e combustibili sintetici è invece una novità ad alta priorità sia in Europa sia nel resto del mondo (Cina in testa).
Per riassumere, l'obiettivo è dunque quello di produrre combustibili liquidi usando CO2 ed energia rinnovabile, i cosiddetti solar fuels. La tecnologia che tentiamo di sviluppare a questo scopo nel Laboratorio di Fisica atomica e molecolare del Dipartimento di Fisica, con i giovani Luca Matteo Martini e Nicola Gatti, è basata sull'uso di plasmi di non-equilibrio. Questo tipo di plasmi si ottiene con delle scariche elettriche in miscele gassose, qualcosa di analogo, anche se su scala più piccola, ai fulmini in atmosfera.
Il punto chiave è che l'energia del campo elettrico che sostiene la scarica, invece di essere distribuita equamente fra tutti i gradi di libertà del sistema, si concentra sugli elettroni, innescando processi di eccitazione e dissociazione molecolare. In questo modo, anche molecole molto stabili come l'anidride carbonica possono essere dissociate con buona efficienza. I frammenti molecolari possono poi essere usati per la sintesi di combustibili. Su questo tema abbiamo un'intensa collaborazione con il CNR (Consiglio Nazionale della Ricerca) Nanotec di Bari (dottor Giorgio Dilecce, affiliato anche al Dipartimento di Fisica di Trento) e con il DIFFER (Dutch Institute For Fundamental Energy Research) di Eindhoven, il cui direttore (Richard van de Sanden) è stato ospite dell’Ateneo nelle scorse settimane.