تبدیل باکتری‌ها به نانورآکتورهای هیدروژنی برای تولید سوخت پاک

به گزارش ایسنا، پژوهشگران دانشگاه آکسفورد به پیشرفت قابل توجهی در زمینه تولید هیدروژن سبز دست یافته‌اند.

به نقل از آی‌ای، رویکرد نوآورانه آنها شامل استفاده از باکتری‌های زیست‌مهندسی شده به نام «نانورآکتورهای هیدروژنی» برای ایجاد سوخت هیدروژن از آب و نور خورشید است.

این پیشرفت، پتانسیل ایجاد انقلابی در روش تولید هیدروژن را دارد و آن را پایدارتر و مقرون به صرفه‌تر می‌کند.

پروفسور وی هوانگ(Wei Huang)، نویسنده اصلی این مقاله گفت: مطالعه جدید ما جایگزین قانع‌کننده‌ای در قالب یک بیوکاتالیست قوی و کارآمد ارائه کرده است که مزیت‌های ایمنی بیشتر، تجدیدپذیری و هزینه‌های تولید پایین‌تر را دارد که همگی می‌توانند دوام اقتصادی بلندمدت را بهبود بخشند.

ایجاد «نانورآکتورهای هیدروژنی» برای تولید انرژی پاک

هیدروژن سبز با تجزیه مولکول‌های آب با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر تولید می‌شود. این فرآیند، سازگار با محیط زیست در نظر گرفته می‌شود، زیرا هیچ گونه انتشار کربن دی اکسید ایجاد نمی‌کند.

محققان در بیانیه مطبوعاتی خود افزودند: تولید هیدروژن صنعتی فعلی به شدت به سوخت‌های فسیلی وابسته است و تقریباً 11.5 تا 13.6 کیلوگرم کربن دی‌اکسید به ازای هر کیلوگرم هیدروژن تولیدشده تولید می‌کند.

محققان گونه‌ای از باکتری‌ها به نام Shewanella oneidensis را اصلاح ژنتیکی کردند تا توانایی آن در تولید هیدروژن را افزایش دهند.

در این بیانیه مطبوعاتی توضیح داده شده است: این گونه «الکترواکتیو» است، به این معنی که می‌تواند الکترون‌ها را به یا از سطوح جامد خارج از سلول خود منتقل کند.

محققان این باکتری را طوری مهندسی کردند که الکترون‌ها، پروتون‌ها و آنزیم مهمی به نام هیدروژناز را در یک بخش خاص از سلول متمرکز کنند. این محفظه که به فضای پِری‌پلاسمیک معروف است، بین غشای داخلی و خارجی باکتری قرار دارد.

محققان با تمرکز این اجزا در یک فضای محدود می‌توانند بازده تولید هیدروژن را افزایش دهند.

ساخت برگ‌های مصنوعی

پژوهشگران برای تقویت بیشتر این فرآیند، یک پمپ الکترونی فعال شده با نور را به باکتری معرفی کردند. این پمپ از نور خورشید برای انتقال پروتون‌ها به فضای پری‌پلاسمیک استفاده می‌کند و مواد لازم برای تولید هیدروژن را فراهم می‌کند.

علاوه بر این، نانوذرات اکسید گرافن احیا شده و سولفات آهن برای افزایش انتقال الکترون معرفی شدند. در نهایت، آنزیم هیدروژناز در فضای پری‌پلاسمیک نیز بیش از حد بیان شد.

این تغییرات منجر به افزایش 10 برابری در بازده هیدروژن در مقایسه با باکتری‌های اصلاح نشده شد.

محققان بر این باورند که این سامانه می‌تواند برای ایجاد «برگ‌های مصنوعی» پوشیده شده با باکتری‌های مهندسی شده استفاده شود.

تیم تحقیقاتی تاکید کرد: وقتی این برگ‌های مصنوعی در معرض نور خورشید قرار می‌گیرند، بلافاصله شروع به تولید هیدروژن می‌کنند.

سپس می‌توان از این برگ‌ها برای تولید هیدروژن از نور خورشید در مقیاس بزرگ استفاده کرد.

تولید پایدار هیدروژن

این پیشرفت می‌تواند به طور قابل توجهی هزینه تولید هیدروژن سبز را کاهش دهد و آن را جایگزین مناسب‌تری برای سوخت‌های فسیلی کند.

استفاده از باکتری‌های زیست‌مهندسی شده یک رویکرد پایدار و سازگار با محیط زیست برای تولید انرژی پاک ارائه می‌دهد.

محققان خوشبین هستند که این فناوری به گذار به سمت آینده انتشار خالص صفر کمک کند.

پروفسور یان تامپسون(Ian Thompson)، یکی از نویسندگان این مقاله نتیجه‌گیری کرد: زیست‌نانورآکتور ما پتانسیل زیست‌کاتالیزورها را برای تولید انرژی پاک نشان داده است.

مواد غیر زیستی مورد استفاده در این کار، از جمله اکسید گرافن و نانوذرات سولفات آهن با روش‌های بیولوژیکی سنتز شده‌اند که آنها را نسبت به روش‌های شیمیایی سنتی دوست‌دار محیط‌زیست می کند.