قد يمهد البروتين الموجود في أغشية خلايا الكائنات الحية الدقيقة القديمة التي تعيش في الصحاري المالحة طريقة جديدة لتسخير ضوء الشمس لإنتاج وقود هيدروجيني صديق للبيئة. وذلك بحسب دراسة أجراها باحثون من المختبر الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية.
الملح الصخري من كاليفورنيا. الصورة: شترستوك. إن اللون الوردي البيضاوي لحبيبات الملح الموجودة في أجزاء من صحاري كاليفورنيا ونيفادا ناتج عن الكائنات الحية الدقيقة "المحبة للملح" والتي تسمى الهالوبكتريا.
قد يمهد البروتين الموجود في أغشية خلايا الكائنات الحية الدقيقة القديمة التي تعيش في الصحاري المالحة طريقة جديدة لتسخير ضوء الشمس لإنتاج وقود هيدروجيني صديق للبيئة. وذلك بحسب دراسة أجراها باحثون من المختبر الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية.
قامت الباحثة في علم النانو إيلينا روجكوفا وزملاؤها من المختبر الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية بدمج صبغة تسمى باكتيريورودوبسين مع جسيمات نانوية من أشباه الموصلات لتطوير نظام قادر على استخدام ضوء الشمس لبدء عملية تحفيزية تنتج وقود الهيدروجين.
لقد أدرك الباحثون استخدام جسيمات ثاني أكسيد التيتانيوم النانوية لتنفيذ التفاعلات المحفزة بواسطة ضوء الشمس منذ أوائل السبعينيات، عندما اكتشف باحثون يابانيون أن قطب ثاني أكسيد التيتانيوم المعرض للضوء الساطع في نطاق الأشعة فوق البنفسجية قادر على تقسيم جزيئات الماء في آلية معروفة. بالاسم المألوف "تأثير هوندا-فوجيشيما". منذ ذلك الحين، يبذل العلماء جهودًا متواصلة لتوسيع استخدام التحفيز الضوئي لثاني أكسيد التيتانيوم أيضًا ليشمل نطاق الضوء المرئي لطيف الإشعاع الشمسي. ويوضح الباحث أن الإمكانات الكبيرة الكامنة في هذه المحفزات الضوئية تشجع العلماء على إجراء تغييرات وتعديلات في خواصها الكيميائية، على أمل العثور على تفاعل أكثر فعالية.
يقول الباحث: "يتفاعل ثاني أكسيد التيتانيوم وحده مع الأشعة فوق البنفسجية ولكن ليس مع إشعاع الضوء المرئي، لذلك نحن مضطرون إلى استخدام الجزيئات البيولوجية التي ينشطها الضوء كوحدات بناء لإعداد نظام متكامل يمكنه أيضًا الاستفادة من الإشعاع في نطاق الضوء المرئي بشكل فعال". .
وركز الباحثون جهودهم على بكتريورودوبسين -المسؤول عن الحصول على اللون الأرجواني غير المعتاد لعدد من المسطحات الملحية في صحاري كاليفورنيا ونيفادا- في ضوء أنه يستخدم ضوء الشمس كمصدر للطاقة، ويسمح له بأداء وظائفه. "مضخة البروتون". مضخات البروتون هي بروتينات مثبتة بشكل عام داخل غشاء الخلية وتكون مسؤولة عن مرور البروتونات من الخلية إلى الوسط خارج الخلية.
في النظام المطور حديثًا، تتفاعل البروتونات التي يوفرها بروتين بكتيريورودوبسين مع الإلكترونات الحرة في مواقع صغيرة على معدن البلاتين المتناثر في ركيزة من ثاني أكسيد التيتانيوم. يوضح أحد الباحثين: "إن جسيمات البلاتين النانوية ضرورية للحصول على مناطق إنتاج محددة لجزيء الهيدروجين". يقول الباحث الرئيسي: "من المثير للاهتمام أن نلاحظ أنه في النظم البيولوجية، لا تشارك البكتيريا رودوبسين بشكل طبيعي في هذا النوع من التفاعل". "إن وظيفتها البيولوجية الطبيعية لا تتعلق على الإطلاق بتكوين الهيدروجين. ولكن كجزء من هذا النظام المتكامل، فهو يساعد على حدوث تفاعل كيميائي ينتج الهيدروجين نتيجة التعرض للضوء المرئي وفي ظل ظروف صديقة للبيئة. يتفوق نظام التحفيز الضوئي الحيوي المتكامل هذا على العديد من الأنظمة المماثلة التي تنتج الهيدروجين ويمكن أن يكون مرشحًا جيدًا لتطوير أجهزة فعالة لإنتاج الطاقة الخضراء مع استخدام مصادر لا تنضب - المياه المالحة وأشعة الشمس.
