استخدام أشعة الشمس لإنتاج المواد الكيميائية والطاقة

اكتشف الباحثون عملية طبيعية يعرفونها بأنها عملية التمثيل الضوئي العكسي. وكجزء من هذه العملية، تُستخدم الطاقة المخزنة في أشعة الشمس في تحطيم الروابط الكيميائية، بدلاً من استخدامها في بناء المواد النباتية، كما يحدث في عملية التمثيل الضوئي الطبيعية.

[ترجمة د.نحماني موشيه]

اكتشف باحثون من جامعة كوبنهاجن عملية طبيعية وصفوها بـ "التمثيل الضوئي العكسي". وكجزء من هذه العملية، تُستخدم الطاقة المخزنة في أشعة الشمس في تحطيم الروابط الكيميائية، بدلاً من استخدامها في بناء المواد النباتية، كما يحدث في عملية التمثيل الضوئي الطبيعية. يتم جمع أشعة الشمس بواسطة الكلوروفيل، وهو نفس الجزيء الذي تقوم عليه عملية التمثيل الضوئي. تعمل الطاقة المخزنة في أشعة الشمس، جنبًا إلى جنب مع إنزيم محدد وجزيء الكلوروفيل، على تفكيك الكتلة الحيوية النباتية للحصول على مواد كيميائية أو وقود حيوي أو منتجات أخرى، والتي يتم الحصول عليها الآن على مدى فترة زمنية أطول بطرق أخرى. وبفضل زيادة سرعة الإنتاج مع تقليل التلوث البيئي، فإن هذا الاكتشاف لديه القدرة على إحداث ثورة في مجال الإنتاج الصناعي. ونشرت نتائج الدراسة في المجلة العلمية Nature Communications. ويوضح كبير الباحثين: "إن هذه خطوة تغير الواقع حقًا ويمكن أن تؤدي إلى ثورة في الإنتاج الصناعي للوقود والمواد الكيميائية، مع تقليل التلوث البيئي بشكل كبير".

"لقد كان الأمر دائمًا تحت أنوفنا، ومع ذلك لم يلاحظ أحد: إن عملية التمثيل الضوئي من خلال الشمس لا تسمح للنباتات بالازدهار فحسب، بل يمكن أيضًا تطبيق نفس المبدأ على تحلل المادة النباتية، مما يؤدي إلى إنتاج مواد كيميائية مفيدة أخرى. وبعبارة أخرى، فإن ضوء الشمس يقود في الواقع العمليات الكيميائية. يقول الباحث الرئيسي البروفيسور كلاوس فيلبي: "يمكن استخدام الطاقة الكبيرة المخزنة في ضوء الشمس لدفع العمليات دون استثمار طاقة إضافية". "معنى الاكتشاف هو أنه يمكننا استخدام الشمس لإنتاج الوقود الحيوي والمواد الكيميائية الحيوية لصالح إنتاج المواد النهائية، على سبيل المثال، البلاستيك، بطريقة أسرع، عند درجة حرارة أقل وبدرجة حرارة أعلى". استخدام الطاقة. وبمساعدة الطاقة الشمسية، قد تكتمل بعض هذه التفاعلات، التي تستغرق حاليًا حوالي 24 ساعة، في 10 دقائق فقط. واكتشف الباحثون أن الإنزيمات الطبيعية من نوع مونوكسيجيناز (أحادية الأكسجين) والتي تستخدم أيضا في الإنتاج الصناعي للوقود الحيوي، قادرة على زيادة كفاءتها عند تعرضها للشمس.

"نحن نستخدم مصطلح التمثيل الضوئي العكسي لأن الإنزيمات تستفيد من الأكسجين الجوي وأشعة الشمس من أجل تحطيم وتحويل روابط الكربون في النباتات، بدلا من مساعدة النباتات على النمو وإنتاج الأكسجين كما يحدث في عملية التمثيل الضوئي الطبيعي." يشرح الباحث. لا يزال الباحثون لا يعرفون كيف يحدث التمثيل الضوئي العكسي، الذي يستخدم الضوء والكلوروفيل والإنزيمات الأحادية الأكسجين، في الطبيعة، لكن العديد من الدراسات تشير إلى أن الفطريات والبكتيريا تعتمد على هذه العملية من أجل الاستفادة من السكريات والمواد المغذية الأخرى المخزنة في النباتات. "التمثيل الضوئي العكسي" قادر على كسر الروابط الكيميائية بين الكربون والهيدروجين، وهي ميزة يمكن استخدامها لتحويل الميثان إلى ميثانول، وهو وقود سائل، في ظل ظروف معتدلة. باعتباره مادة خام، يعد الميثانول مادة مهمة للغاية، لأنه مفيد للغاية في صناعة البتروكيماويات لإنتاج الوقود والمواد والمواد الكيميائية.

أخبار الدراسة

ملخص المقال