قام باحثون من ثلاث كليات في التخنيون بتطوير تكنولوجيا لإنتاج الكهرباء والهيدروجين من البكتيريا الحية

التكنولوجيا المنشورة في المجلة طبيعة الاتصالات يعتمد على التمثيل الضوئي الطبيعي للبكتيريا الضوئية

جريدة طبيعة الاتصالات يعرض تقنية جديدة تم تطويرها في التخنيون، والتي تمكن من حصاد الطاقة من البكتيريا الضوئية - البكتيريا الزرقاء. هذه عائلة من البكتيريا شائعة في البحيرات والأنهار والعديد من البيئات الأخرى. أثناء التطور، طورت هذه البكتيريا آليات التمثيل الضوئي التي تسمح لها بإنتاج الطاقة لنفسها من ضوء الشمس. علاوة على ذلك، فإنها تنتج الطاقة حتى في الظلام من خلال آليات التنفس القائمة على تحلل السكر.

أهمية البكتيريا الضوئية كبيرة، فهي مصدر الأكسجين في الجو ومصدر أساسي للمواد العضوية (مثل السكر) التي تعتبر الحلقة الأولى في السلسلة الغذائية. وباستخدام "هوائي شمسي طبيعي" (PBS)، يستقبلون الإشعاع الشمسي في نطاق واسع من الشدة والأطوال الموجية - بين 400 و700 نانومتر - وبالتالي يستفيدون بشكل جيد من مصدر الطاقة الذي لا ينضب. إنهم يوجهون نفس الطاقة إلى مراكز التفاعل الكيميائي حيث يقومون بتكسير الماء، مما يخلق تيارًا من الإلكترونات وأيونات الهيدروجين التي تستخدم لإنتاج الطاقة الكيميائية التي ينتجون بها الغذاء لأنفسهم.

الدراسة نشرت في طبيعة الاتصالاتتم تحريره من قبل ثلاثة أعضاء هيئة التدريس في التخنيون: البروفيسور نوعام أدير من كلية الكيمياء شوليخ، البروفيسور غادي شوستر من كلية الأحياء والبروفيسور أفنير روتشيلد من كلية علوم وهندسة المواد. وذلك بالتعاون بين طلاب الدكتوراه جديل سفر ودان كالمان وزملائهم من بوخوم بألمانيا ومعهد وايزمان للعلوم. وقد تعاون الباحثون الثلاثة في التخنيون أيضًا في الماضي، من بين أمور أخرى، في إنتاج الطاقة من أوراق السبانخ باستخدام ضوء الشمس - دراسة نشرت عام 2016 في نفس المجلة (Nature Communications).

أجريت في السنوات الأخيرة العديد من الدراسات التي بحثت إمكانية إنتاج الطاقة والهيدروجين من البكتيريا التي تقوم بالتمثيل الضوئي، مع العلم أن العمليات التي تطورت في هذه البكتيريا أثناء التطور هي أكثر كفاءة بعشرات المرات من أي عملية هندسية ابتكرها الإنسان. ان يذهب في موعد. أحد الابتكارات في البحث الحالي هو استخدام البكتيريا الحية، التي تعرف كيفية إصلاح بروتينات التمثيل الضوئي التالفة في الوقت الحقيقي. علاوة على ذلك، فإن حصاد الطاقة المذكور لا يضر بهذه البكتيريا.

أنشأ باحثو التخنيون نظامًا لإنتاج الطاقة من كل من عملية التمثيل الضوئي وعملية التنفس. وهذا يعني أن الطاقة يتم جمعها خلال النهار (التمثيل الضوئي) وفي الظلام (التنفس). وقام الباحثون بتسخير الطاقة المجمعة لإنتاج الكهرباء التي تستخدم لإنتاج الهيدروجين الغازي. يعتقد العديد من الباحثين الآن أن الهيدروجين هو وقود المستقبل، حيث أن المركبات التي تعمل بالهيدروجين لا تصدر أي تلوث، بل تنبعث منها الماء فقط.

يعتمد النظام على التيار الكهروضوئي - وهو تيار كهربائي يتم إنشاؤه نتيجة للإشعاع. واكتشف الباحثون أنه تيار مستقر إلى حد ما يسمح بإنتاج الهيدروجين بشكل مستمر. ويعتبرون ذلك مصدراً واعداً للطاقة كونها طاقة نظيفة وغير ملوثة لا في مرحلة الإنتاج ولا في مرحلة استخدام منتجاتها (الوقود الهيدروجيني).

تم دعم البحث من قبل العديد من المنظمات، بما في ذلك برنامج نانسي وستيفن جراند للطاقة في التخنيون (GTEP)، ومعهد راسل بيري لتقنية النانو في التخنيون (RBNI)، ومختبر أبحاث تكنولوجيا الهيدروجين في التخنيون (HTRL)، ومعهد أدليس. المؤسسة، وبرنامج I-CORE التابع للجنة التخطيط والميزانية)، ومؤسسة العلوم الإسرائيلية، ومؤسسة العلوم الثنائية الأمريكية الإسرائيلية (BSF)، بالإضافة إلى مؤسسة الأبحاث الألمانية (DFG-DIP).