وقود من نور الشمس!

يقول باحثون في جامعة كاليفورنيا ببيركلي إنهم بجمع مواد نانوية مع البكتيريا فتحوا الباب على طريقة جديدة لتحويل ثاني أكسيد الكربون، الماء، ونور الشمس بفاعلية إلى مركبات عضوية مفيدة شبيهة بما تقوم به النباتات خلال عملية التخليق الضوئي.

يوضح الباحثون أن هذا النظام قد يصبح في المستقبل طريقة عملية وناجحة لإنتاج مواد مثل مواد الأدوية الأولية التي تستخدمها شركات الأدوية أو لتخزين الطاقة المتجددة على شكل وقود سائل.

لا يُعتبر هدف التوصل إلى عملية تخليق ضوئي اصطناعية فاعلة جديداً. وثمة مقاربات عدة إلى هذه المشكلة، إلا أنها كلها تصطدم بعقبات علمية. تستند إحدى هذه المقاربات العامة إلى الاعتماد على كائنات مجهرية تُدعى المتغذيات بالإلكترونات يمكن دفعها باستخدام الكهرباء إلى إنتاج بعض المواد الكيماوية الأساسية.

لتوليد هذا النوع من الطاقة، اعتمد بعض الباحثين على ألواح شمسية ضخمة. في المقابل، يعمل هذا النظام الجديد على نطاق أصغر بكثير. فقد وضع الباحثون بكتيريا تتغذى بالإلكترونات في أسلاك نانوية شبه موصلة تستطيع التقاط طاقة الشمس ونقل الكهرباء إلى الميكروبات في آن واحد. تستخدم البكتيريا التي تتغذى بالإلكترونات هذه الأخيرة لتحول ثاني أكسيد الكربون والماء إلى مواد كيماوية أساسية مفيدة. تُنقل هذه المواد بعد ذلك إلى بكتيريا إشريكية قولونية معدّلة جينياً تولّد بدورها مجموعة واسعة من المنتجات.

يُعتبر هذا أول مثال فاعل على التفاعل المباشر بين البكتيريا والمواد شبه الموصلة في عمليات التخليق الضوئي الاصطناعية، حسبما يؤكد بيدونغ يانغ، بروفسور متخصص في الكيمياء وعلم المواد في بيركلي وأحد مخترعي هذا النظام. فقد برهن هو وزملاؤه أن هذا النظام قادر على إنتاج البوتانول، بوليمير يُستخدم في المواد البلاستيكية المتفككة حيوياً، فضلاً عن ثلاث مواد سلفية تُستخدم في الأدوية. كذلك من الممكن استخدام هذا النظام من حيث المبدأ لتوليد منتجات كثيرة أخرى، بما فيها المواد الكيماوية التي تُعتبر كميات قليلة منها قيمة، بخلاف الوقود الذي يجب إنتاجه على نطاق واسع لتكون كلفته مقبولة.

يُعتبر هذا النظام الجديد فاعلاً في استخدام الطاقة من أشعة الشمس بقدر عملية التخليق الضوئي الطبيعية، وفق يانغ.

صحيح أن هذا ليس قابلاً لاستخدام هذه العملية على نطاق تجاري، إلا أنه يؤكد أن المواد شبه الموصلة الجديدة التي تعمل عليها مجموعته ستمنح هذه العملية قدرة أكبر على المنافسة.

رغم ذلك، سيصطدم هذا الابتكار بعقبة كبيرة: يجب إبقاء البكتيريا حية، إلا أن مدى حياتها ليس طويلاً في أفضل الأحوال.

لذلك يوضح يانغ أن هدف فريقه الأول تطوير محفز اصطناعي يمكن أن يحل محل هذه البكتيريا ويعمل بتناغم مع المواد شبه الموصلة.