La natura continua a sorprenderci con la sua capacità di offrire soluzioni sostenibili per le nostre esigenze energetiche. In questo caso, parliamo dell'energia elettrica derivata dal bilayer cuticola-tessuto cellulare presente nelle foglie superiori delle piante. Questo processo, chiamato "potenziale di membrana fogliare" o "fotovoltismo fogliare", sfrutta la capacità delle piante di convertire l'energia solare in elettricità attraverso il loro bilayer cuticola-tessuto cellulare. Questo strato sottile di tessuto fogliare produce una differenza di potenziale tra le due superfici, creando così una sorta di "batteria" naturale. Questa scoperta ha il potenziale di essere una fonte di energia rinnovabile, sostenibile ed eco-friendly, in quanto non richiede l'utilizzo di combustibili fossili o di altre fonti non rinnovabili. Inoltre, l'energia elettrica prodotta dalle piante potrebbe essere utilizzata per alimentare dispositivi elettronici a bassa potenza, come sensori ambientali o dispositivi di monitoraggio. In questo articolo, esploreremo più in dettaglio il processo di fotovoltismo fogliare, analizzando i vantaggi e gli svantaggi di questo tipo di tecnologia e le sue possibili applicazioni.

Il progresso verso fonti di energia verdi e autonome include lo sfruttamento dei sistemi viventi e dei tessuti biologici. Recentemente è stato scoperto che il bilayer cuticola-tessuto cellulare nelle foglie superiori delle piante funziona come una coppia di generatori triboelettrici integrati, in grado di convertire gli stimoli meccanici in elettricità. L'accumulo e la compensazione di cariche ex vivo sulle foglie sono stati verificati con la microscopia, rivelando che le cariche sono indotte e trasportate nel tessuto vegetale vivo, mentre rimangono sbilanciate e intrappolate sulle foglie morte. È stato dimostrato che anche gli stimoli meccanici puramente naturali, dovuti al vento per esempio, vengono convertiti in segnali elettrici da un meccanismo triboelettrico. La conversione energetica autonoma e completamente abilitata dalle piante può essere utilizzata per pilotare direttamente diodi luminosi, caricare un condensatore e raccogliere l'energia del vento, con la promessa di nuove fonti energetiche basate sul regno vegetale. La conversione dell'energia operata dagli organismi viventi è intrinsecamente sostenibile e di fondamentale importanza per le future tecnologie bio-ibride e per le fonti di energia verde. In questo contesto, per percepire l'ambiente e adattare i modelli di crescita alla loro storia di vita e ambientale, le piante trasformano gli stimoli esterni in segnali elettrici, ad esempio per mediare le reazioni di difesa e per comunicare, quindi alcune strutture vegetali (oltre all'apparato fotosintetico) si sono evolute per agire come convertitori di energia. I flussi di ioni (Ca2+, K+ e Cl-) attraverso i tessuti trasportano rapidamente i segnali su varie distanze attraverso canali ionici, plasmodi e tubi di setaccio simili a un "cavo". Pertanto, le piante integrano intrinsecamente reti di conversione e conduzione dell'energia. Per interfacciare e sfruttare queste funzioni delle piante nelle tecnologie ibride, ad esempio per la raccolta di energia, è necessario capire come le piante convertono l'energia e creano segnali elettrici e come raccogliere gli impulsi elettrici nelle piante viventi. La conversione di stimoli meccanici in segnali elettrici avviene nelle piante, ad esempio attraverso meccanorecettori sulla membrana cellulare che generano gradienti di ioni al momento della stimolazione. Inoltre, è stato recentemente dimostrato che il bilayer cuticola-tessuto delle foglie delle piante consente il contatto o la triboelettrificazione. La triboelettrificazione si verifica ogni volta che due materiali dielettrici vengono messi transitoriamente in contatto. In altre parole, sulle superfici dei materiali toccati si accumulano cariche elettrostatiche, a seconda della chimica superficiale e della topografia dei materiali, della forza d'impatto e dell'area di contatto.