باکتری‌ها به 'نانو راکتورهای هیدروژنی' تبدیل شدند برای تولید سوخت پاک از نور خورشید
پژوهشگران دانشگاه آکسفورد پیشرفتی قابل توجه در زمینه تولید هیدروژن سبز به دست آورده‌اند.
روش نوآورانه آنها شامل استفاده از باکتری‌های مهندسی‌شده به نام 'نانو راکتورهای هیدروژنی' برای تولید سوخت هیدروژن از آب و نور خورشید می‌باشد.
این کشف می‌تواند نحوه تولید هیدروژن را انقلابی کرده، آن را پایدارتر و اقتصادی‌تر کند.
پروفسور وی هوآنگ، نویسنده اصلی، گفت: مطالعه جدید ما جایگزینی قانع‌کننده به صورت یک بیوکاتالیست قوی و کارآمد ارائه کرده است.
این مزایایی از قبیل ایمنی بیشتر، تجدیدپذیری، و هزینه تولید پایین‌تر دارد که می‌توانند قابلیت بقای اقتصادی بلندمدت را بهبود بخشند.
ایجاد 'نانو راکتورهای هیدروژنی' برای انرژی پاک
هیدروژن سبز با شکستن مولکول‌های آب به وسیله منابع انرژی تجدیدپذیر تولید می‌شود. این فرآیند دوستدار محیط زیست محسوب می‌شود زیرا هیچ گاز کربن دی‌اکسیدی تولید نمی‌کند.
با این حال، تولید صنعتی کنونی هیدروژن به شدت به سوخت‌های فسیلی وابسته است و تقریباً 11.5 تا 13.6 کیلوگرم CO2 به ازای هر کیلوگرم هیدروژن تولید شده، تولید می‌کند.
محققان یک گونه باکتری، Shewanella oneidensis، را به منظور افزایش توانایی تولید هیدروژن خود، از نظر ژنتیکی تغییر دادند.
این گونه 'الکترو اکتیو' است، به این معنا که می‌تواند الکترون‌ها را به یا از سطوح جامد خارج سلول‌های خود منتقل کند.
محققان باکتری را طوری مهندسی کردند که الکترون‌ها، پروتون‌ها و یک آنزیم مهم به نام هیدروژناز را درون بخشی مشخص از سلول متمرکز کند. این بخش، فضای پری‌پلاسمی، بین غشاهای داخلی و خارجی باکتری‌ها قرار دارد.
با متمرکز کردن این اجزا در یک فضای محدود، محققان توانستند کارآیی تولید هیدروژن را افزایش دهند.
قابلیت مقیاس‌پذیری برای 'برگ‌های مصنوعی'
جهت افزایش بیشتر فرایند، تیم تحقیقاتی یک پمپ الکترونی فعال به نور را به باکتری‌ها معرفی کرد. این پمپ از نور خورشید برای حرکت دادن پروتون‌ها به داخل فضای پری‌پلاسمی استفاده می‌کند، و مواد لازم برای تولید هیدروژن را فراهم می‌سازد.
علاوه بر این، نانو ذرات اکسید گرافن کاهش‌یافته و سولفات فریک برای تقویت انتقال الکترون معرفی شدند. در نهایت، آنزیم هیدروژناز در فضای پری‌پلاسمی نیز بیش از حد بیان شد.
این اصلاحات منجر به افزایش ده برابری تولید هیدروژن در مقایسه با باکتری‌های تغییرنیافته شد.
محققان معتقدند که این سیستم می‌تواند برای ایجاد 'برگ‌های مصنوعی' که با باکتری‌های مهندسی‌شده پوشانده شده‌اند، مقیاس‌بندی شود.
هنگامی که این برگ‌های مصنوعی در معرض نور خورشید قرار گیرند، به سرعت تولید هیدروژن را آغاز خواهند کرد.
این برگ‌ها سپس می‌توانند برای تولید هیدروژن از نور خورشید در مقیاس بزرگ استفاده شوند.
تولید پایدار هیدروژن
این کشف می‌تواند به طور قابل توجهی هزینه تولید هیدروژن سبز را کاهش داده، آن را به عنوان جایگزینی مناسب برای سوخت‌های فسیلی تبدیل کند.
استفاده از باکتری‌های مهندسی‌شده زیستی راهی پایدار و محیط زیست دوستانه برای تولید انرژی پاک فراهم می‌کند.
محققان امیدوارند که این تکنولوژی به انتقال به سمتی با انتشار صفر خالص کمک کند.
پروفسور ایان تامپسون، نویسنده همکار، نتیجه‌گیری کرد: 'بایونانوراکتور ما پتانس ... کاتالیزورهای زیستی برای تولید انرژی پاک را نشان داده است.'
مواد غیرآلی استفاده شده در این کار، شامل نانو ذرات اکسید گرافن و سولفات فریک، به روش‌های زیستی سنتز شده‌اند که آنها را دوست طبیعتی‌تر از روش‌های شیمیایی سنتی می‌کند.
