وقود من أشعة الشمس

يقول باحثون من جامعة كاليفورنيا إن جمع مواد نانوية مع الجراثيم سمح لهم باكتشاف وسيلة جديدة لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء وأشعة الشمس إلى مركّبات عضوية، بما يشبه ما تفعله النباتات خلال عملية التركيب الضوئي. في خضم هذه العملية، قد يصبح النظام المستعمل طريقة عملية من الناحية التجارية لإنتاج مواد كيماوية كتلك التي يستعملها قطاع صناعة الأدوية أو لتخزين طاقة متجددة على شكل وقود سائل.

الهدف من التركيب الضوئي الاصطناعي وعالي الفاعلية قديم وتتعدد المقاربات لحل المشكلة القائمة لكنها تواجه عوائق علمية. تقضي مقاربة عامة بالاتكال على كائنات حية دقيقة اسمها {إلكتروتروف} ويمكن تحفيزها عبر استعمال الكهرباء لصنع وحدات كيماوية معينة.

لتوليد الكهرباء، اتكل بعض الباحثين على ألواح شمسية ضخمة. في المقابل، يعمل النظام الجديد على مقياس أصغر بكثير. وضع الباحثون جراثيم {إلكتروتروف} في أسلاك نانوية تستطيع التقاط الطاقة الشمسية ونقل الكهرباء إلى الميكروبات. تستعمل كائنات {إلكتروتروف} الإلكترونات لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى وحدات كيماوية مفيدة. ثم تمرّ إلى الإي كولاي المهندَسة وراثياً فتصنّع بدورها مجموعة واسعة من المنتجات.

إنه أول نموذج ناشط للتفاعل المباشر بين الجراثيم ومواد أشباه الموصلات في عملية التركيب الضوئي الاصطناعي بحسب قول مبتكِر النظام بيدونغ يانغ، وهو أستاذ في الكيمياء وعلم المواد في بيركلي. أثبت هو وزملاؤه أن النظام يستطيع إنتاج البوتانول (بوليمر يُستعمل في مواد البلاستيك القابلة للتحلل) وثلاثة عناصر تُستعمَل لصنع الأدوية. يمكن استعماله في المبدأ لصنع منتجات كثيرة أخرى، منها مواد كيماوية مفيدة بكميات صغيرة نسبياً، على عكس الوقود الذي يجب إنتاجه بكمية كبيرة كي يكون فاعلاً من الناحية الاقتصادية.

بحسب قول يانغ، يبدو النظام الجديد فاعلاً بقدر التركيب الضوئي الطبيعي على مستوى استعمال الطاقة الموجودة في أشعة الشمس. لكنّ هذا الواقع ليس كافياً كي تصبح العملية ممكنة تجارياً. لكن يعتبر يانغ أن مواد أشباه الموصلات الجديدة التي تصنعها مجموعته ستجعل العملية أكثر قدرة على المنافسة.

حتى لو حصل ذلك، سيبرز عائق هائل: يجب أن تبقى الجراثيم حية لكنها لا تعيش طويلاً في أفضل الظروف. يقول يانغ إن هدف فريقه النهائي تطوير محرك اصطناعي يمكن أن يحلّ مكان الجراثيم ويعمل بالتنسيق مع أشباه الموصلات.