بكتيريا تنتج الألواح الشمسية على نفسها

"بدلاً من الاعتماد على الكلوروفيل غير الفعال لامتصاص ضوء الشمس، تمكنا من تطوير بكتيريا قادرة على تغطية سطحها الخارجي ببلورات نانوية صغيرة للغاية من أشباه الموصلات"، يوضح الدكتور كيلسي ك. ساكيموتو، محرر الدراسة. "هذه البلورات النانوية أكثر كفاءة بكثير من الكلوروفيل ويمكن إنتاجها بجزء صغير من التكلفة المطلوبة لإنتاج الألواح الشمسية"

[ترجمة د.نحماني موشيه]
توفر عملية التمثيل الضوئي الطاقة لمعظم الكائنات الحية على الأرض. ومع ذلك، فإن الكلوروفيل، وهو نفس الصبغة الخضراء الموجودة في النباتات والتي تستخدم لامتصاص أشعة الشمس، هو نظام غير فعال للغاية. ومن أجل السماح للبشر بامتصاص قدر أكبر من طاقة الشمس، قام العلماء بتطوير بكتيريا مغلفة بألواح شمسية صغيرة فعالة للغاية من أجل إنتاج مركبات مفيدة.

قدم الباحثون نتائج أبحاثهم في الاجتماع الدولي رقم 254 للجمعية الكيميائية الأمريكية.

"بدلاً من الاعتماد على الكلوروفيل غير الفعال لامتصاص ضوء الشمس، تمكنا من تطوير بكتيريا قادرة على تغطية سطحها الخارجي ببلورات نانوية صغيرة للغاية من أشباه الموصلات"، يوضح الدكتور كيلسي ك. ساكيموتو، محرر الدراسة. "هذه البلورات النانوية أكثر كفاءة بكثير من الكلوروفيل ويمكن إنتاجها بجزء صغير من التكلفة المطلوبة لإنتاج الألواح الشمسية."

تواصل البشرية البحث عن بدائل فعالة للوقود الأحفوري كمصدر للطاقة والمواد الخام في الصناعة الكيميائية. لقد بحث العديد من العلماء في إمكانية تطوير أنظمة التمثيل الضوئي الاصطناعي لإنتاج طاقة متجددة بالإضافة إلى مواد كيميائية بسيطة مع الاستفادة من ضوء الشمس. لا شك أن هناك تقدمًا علميًا في هذا المجال، لكن الأنظمة التي تم تطويرها ليست فعالة بما يكفي للإنتاج التجاري للوقود والمواد الخام. ويركز مختبر الباحث يانغ في جامعة كاليفورنيا في بيركلي على استخدام أشباه الموصلات غير العضوية القادرة على امتصاص أشعة الشمس ونقلها إلى كائنات حية مثل البكتيريا، والتي بدورها تستخدم الطاقة لإنتاج مواد مفيدة من ثاني أكسيد الكربون والماء وحدهما.

وقال الباحث الرئيسي: "إن جوهر البحث في مختبرنا هو إمكانية إعادة شحن البكتيريا التي لا تقوم بعملية التمثيل الضوئي عن طريق توفير الطاقة على شكل إلكترونات من أشباه الموصلات غير العضوية، على سبيل المثال كبريتيد الكادميوم، الذي يعمل كمستقبلات فعالة للضوء". . "نحن نبحث حاليا عن مواد أكثر كفاءة في امتصاص الضوء من كبريتيد الكادميوم من أجل شحن البكتيريا بالطاقة من مصدر الضوء."

قام الباحثون بفحص بكتيريا Moorella thermoacetica، التي توجد في الطبيعة ولا تقوم بعملية التمثيل الضوئي، والتي، كجزء من عملية التنفس الطبيعية، تنتج حمض الأسيتيك من ثاني أكسيد الكربون. وهذا الحمض مادة كيميائية متعددة الاستخدامات يمكن من خلالها إنتاج أنواع أخرى مهمة من المواد، مثل الوقود والبوليمرات والأدوية والمواد الخام لمختلف الصناعات بمساعدة الهندسة الوراثية للبكتيريا. عندما تم تغذية البكتيريا بالكادميوم والحمض الأميني السيستين، الذي يحتوي على ذرة الكبريت، بدأت البكتيريا في تصنيع جسيمات نانوية من كبريتيد الكادميوم (CdS) بمفردها، والتي تعمل كألواح شمسية على سطحها الخارجي. ينتج الكائن الهجين M. thermoacetica-CdS حمض الأسيتيك من ثاني أكسيد الكربون والماء والضوء. يوضح الباحث: "بمجرد تغطية البكتيريا بهذه الألواح الشمسية الصغيرة، تصبح قادرة على تصنيع الغذاء والوقود والمواد البلاستيكية، كل ذلك مع الاستفادة من طاقة الشمس". "هذه البكتيريا أكثر كفاءة من نباتات التمثيل الضوئي التي تعيش في الطبيعة." وتعمل البكتيريا المهندسة بكفاءة تزيد عن ثمانين بالمائة، وتكرر العملية نفسها بحيث تكون تقنية لا تصدر أي نفايات. يوضح الباحث الرئيسي أن "البيولوجيا الاصطناعية والقدرة على توسيع نطاق المنتجات التي يتم الحصول عليها من تقليل ثاني أكسيد الكربون ستكون ضرورية لتحديد موضع هذه التكنولوجيا كبديل، أو أحد البدائل العديدة، لصناعة البتروكيماويات".

"تتطلب الأنظمة الحالية في مجال التمثيل الضوئي الاصطناعي استخدام الأقطاب الكهربائية الصلبة، وهي مكونات عالية التكلفة. تعتبر عملية إنتاج الوقود الحيوي التي يتم الحصول عليها من الطحالب أكثر تنافسية، لأنها تستخدم نظام ثاني أكسيد الكربون وأشعة الشمس فقط. وفي الوقت نفسه، ما زلنا نحاول العثور على المكونات الأكثر كفاءة من حيث أشباه الموصلات ونوع البكتيريا. ويعتقد الباحث أن البكتيريا الهجينة قد يكون لها مثيلات في الطبيعة.
أخبار الدراسة