“Energia pulita dalla fotosintesi artificiale ispirata ai processi della natura”. È questo l’orizzonte scientifico vincitore dell’edizione 2020-21 del “Premio Internazionale Lombardia è Ricerca”, per cui il riconoscimento di Regione - attribuito a risultati significativi e di impatto sulla vita dei cittadini in ambito Life Science - è stato conferito a tre studiosi: il francese Pierre Juliot, l’italiana Marcella Bonchio e il tedesco Mark Antonietti.

Tema di questa edizione del Premio era “Sostenibilità Ambientale per il miglioramento della qualità della vita, in armonia con il sistema produttivo e la transizione verso nuovi modelli di sviluppo”.

L’assegno da 1 milione di euro andrà a dunque quest’anno a tre ricercatori che si sono concentrati su un meccanismo chimico determinante quale quello della fotosintesi, a partire dal quale è stato premiato lo sviluppo di processi biomimetici che permetteranno di rendere più sostenibile la produzione di cibo ed energia.

Lo ha deciso all’unanimità la Giuria dei 15 Top Scientists presieduta da Andrea C. Ferrari, Professore di Nanotecnologia all’Università di Cambridge UK e Direttore del Cambridge Graphene Centre, che ha valutato le candidature presentati dagli scienziati italiani che ne avevano diritto (per sapere di più sui profili dei 15 giurati, clicca qui).

I nomi dei vincitori sono stati resi noti lunedì 20 settembre dal presidente di Regione Lombardia e dall'assessore all’Istruzione, Ricerca, Innovazione, Università e Semplificazione.

La motivazione della Giuria

“Siamo in disequilibrio dal punto di vista ambientale - sottolineano i giurati -, produciamo più CO2 di quanto piante ed alghe riescano ad assorbire e tale accumulo è una delle cause dei cambiamenti climatici”.

“Capire i meccanismi della fotosintesi naturale - spiegano ancora - permette di migliorare con la ricerca la produttività delle piante coltivate. Inoltre, con la fotosintesi artificiale, è possibile riequilibrare la CO2 in eccesso prodotta dalle combustioni, producendo invece energia pulita”.

Su questa base sono stati premiati:

Pierre Joliot per aver scoperto il meccanismo della scissione dell’acqua in ossigeno e idrogeno nella fotosintesi naturale.

In seguito, gli altri due vincitori hanno sviluppato sistemi biomimetici capaci di riprodurre il processo naturale e quindi portare alla scissione dell’acqua in idrogeno e ossigeno.

In particolare, Marcella Bonchio viene premiata per aver costruito un sistema chimico organico/inorganico, basato sul rutenio, capace di riprodurre la scissione dell’acqua nei suoi componenti chimici fondamentali.

Markus Antonietti riceve il riconoscimento per aver utilizzato, allo stesso scopo, il nitruro di carbonio, un polimero capace di produrre la scissione dell’acqua in idrogeno e ossigeno.

Questa la motivazione integrale della Giuria: "Il Premio è dedicato al processo vitale della Fotosintesi, che permette di immagazzinare l’energia rinnovabile della luce solare sotto forma di energia chimica in molecole organiche e biologiche, fornendo nutrimento e combustibili indispensabili al nostro sviluppo. Gli studi fondamentali di Pierre Joliot hanno permesso di capire i meccanismi chiave della fotosintesi naturale nel suo ciclo di funzionamento biologico, che utilizza fotoni, elettroni e protoni per scindere l’acqua in un processo attivato dalla luce solare. Questo ha dato impulso alla ricerca di sistemi artificiali costruiti con componenti e materiali robusti ed efficienti in grado di replicare il processo fotosintetico, utilizzando risorse rinnovabili e largamente disponibili, come luce visibile e acqua. Sono stati raggiunti traguardi importanti nel progetto del sistema di foto-ossidazione dell’acqua, ispirato al sistema fotosintetico II (PSII), che utilizza una disposizione organizzata di antenne artificiali per liberare ossigeno dall’acqua convertendo quanti di luce in energia chimica (il quantasoma di Marcella Bonchio), e nella generazione di idrogeno verde e valorizzazione di anidride carbonica in processi eco-sostenibili (il fotocatalizzatore polimerico costituito solo da carbonio e azoto, g-C3N4 o nitruro di carbonio, di Markus Antonietti, che integra le proprietà dei fotosistemi naturali in un solo materiale).

Il Premio pone in evidenza la necessità di un approccio interdisciplinare, che in questo caso mette assieme biologia molecolare, chimica e scienza dei materiali, per affrontare sfide urgenti e complesse nel contesto delle energie rinnovabili e dello sviluppo sostenibile. L'aver svelato alcuni dei processi che negli organismi vegetali guidano la fotosintesi ha portato a radicali innovazioni nelle tecnologie dell'agricoltura e apre strade per il miglioramento della resa fotosintetica, coniugando richieste ambientali (abbassare il livello di anidride carbonica e l’utilizzo di fertilizzanti ed altri prodotti chimici per unità di prodotto) con quelle sociali ed economiche (aumentare la produttività primaria e quindi assicurare alimenti di qualità ed a prezzi ragionevoli all'umanità). I sistemi biomimetici e i fotocatalizzatori a base di nitruro di carbonio sono già utilizzati per realizzare una fotosintesi selettiva e la sintesi organica fotoredox di farmaci e composti intermedi preziosi. L'uso della luce solare potrà trovare nuove applicazioni per la sostenibilità ambientale: dalla bonifica di ambienti inquinati, alla purificazione delle acque, al riciclo e smaltimento della plastica, in accordo con i “Sustainable Development Goals” identificati dagli obiettivi dell'agenda 2030 delle Nazioni Unite".

Le ricadute sul territorio lombardo

Queste scoperte contribuiranno alla sostenibilità ambientale aiutando a stabilizzare l’ambiente e fornire energia pulita, grazie all’idrogeno prodotto dalla scissione dell’acqua utilizzando solo la luce del sole quale fonte di energia.

La scelta è arrivata dopo un confronto su molte proposte “di altissimo livello scientifico”: 62 in totale le candidature valutate.

Tutto il processo del Premio, dalla raccolta delle candidature alla selezione del vincitore da parte della Giuria, si svolge su una piattaforma digitale dedicata basata su tecnologia blockchain.

“Il nostro ‘Nobel per la ricerca’ si conferma uno dei massimi riconoscimenti a livello mondiale - ha sottolineato il governatore di Regione Lombardia -: anche quest’anno i lavori premiati ci pongono come punto di riferimento internazionale per le politiche di sostenibilità ambientale, sempre più importanti in quanto coinvolgono il benessere dei nostri cittadini”.

L’assessore regionale alla Ricerca ha invece ricordato uno degli aspetti più rilevanti del Premio: “Uno degli obiettivi è che i centri di ricerca lombardi possano istituire rapporti di collaborazione e interazione scientifica duraturi con il vincitore. Per questo - ha aggiunto congratulandosi con i vincitori - è stato stabilito che il Premio debba essere destinato per almeno il 70% a implementare l’attività di ricerca in collaborazione con i centri di eccellenza della Lombardia”.

Le carriere dei tre ricercatori

Pierre Joliot, biologo, è professore emerito al Collège de France. Classe 1932, parigino, figlio dei vincitori del Premio Nobel per la Chimica del 1935 e nipote di Premi Nobel - dopo gli studi alla facoltà di Science della capitale inizia subito a lavorare sulla fotosintesi all’Institut de biologie physico-chimique de Paris (IBPC) dove si concentra in particolare sul meccanismo di decomposizione dell'acqua con formazione di ossigeno e idrogeno.

Dal 1954 è al Centre national de la recherche scientifique - CNRS di Parigi, dove diventa direttore di ricerca nel 1974, tra il 1987 e il 1992 assume la direzione del Dipartimento di Biologia all'École normale supérieure. Tra i suoi titoli: Medaglia d’oro CNRS, membro dell’Accademia delle Scienze francesi e della National Academy of Sciences degli USA, Grande Ufficiale della Legion d’Onore, Comandante dell'ordine nazionale al merito.

Marcella Bonchio è Professore ordinario al Dipartimento di Scienze chimiche dell’Università di Padova dal 2013. Milanese, laureata in Chimica a Padova dove consegue anche il dottorato, nella sua carriera ha frequentato diversi laboratori americani statunitensi. Diventa primo ricercatore al CNR nel 2011, anno in cui riceve il Premio alla ricerca della Società chimica italiana (SCI). Ha pubblicato più di 120 lavori in riviste ad alto fattore di impatto, con un totale di più di 3 mila citazioni e un valore di h-index di 36.

È responsabile scientifico della sezione di Padova dell’Istituto CNR per la Tecnologia delle membrane, affiliata alla Società Chimica Italiana, all’American Chemical Society e alla Royal Society of Chemistry.

Markus Antonietti - tedesco, classe 1960 - dal 1993 è Direttore all’Institute for Colloids and Interfaces del Max Planck Institute e dal 1995 docente alla Potsdam University. Studi di Fisica e Chimica, dottorato in Scienze Naturali alla Mainz University, Antonietti è stato Visiting Professor in atenei belgi, statunitensi, francesi, cinesi. Ha ricevuto moltissimi riconoscimenti e due ERC Senior Excellence Grant, nel 2008 e nel 2020. Nel 2021 ha vinto anche un ERC Synergy Grant insieme a Patrice Simon ed è diventato membro onorario della Chinese Chemical Society.

Tra i suoi campi di studio: polimeri, materiali biomimetici, chimica dell’energia, elettrocatalisi e fotocatalisi artificiale metal free.

Premiazione alla Scala l’8 novembre

La cerimonia di premiazione si terrà come le precedenti al Teatro alla Scala di Milano l’8 novembre, nel corso della Giornata della Ricerca istituita da Regione Lombardia nell’anniversario della scomparsa dell’oncologo Umberto Veronesi per valorizzare il ruolo della ricerca scientifica per lo sviluppo del territorio e della società.

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