آیا تولید برگ مصنوعی ممکن است؟

[masi eng 47,044]

فتوسنتز يكي از مهم ترين فرايندهاي زيستي بر روي زمين است. فتوسنتز به سيستم هاي زيستي اجازه مي دهد تا انرژي را از خورشيد بگيرند و از آن براي توليد غذا و سوخت استفاده كنند. اما مي توان ميزان بهره وري اين فرايند زيستي را بيشتر كرد و به دنبال آن بازدهي بسياري از محصولات كشاورزي را به ميزان قابل توجهي افزايش داد.

محققانی که تحقيقاتشان بر زيست شناسي مصنوعي متمركز شده در تلاشند برگي مصنوعي توليد كنند كه قادر است انرژي خورشيد را به سوخت مايع تبديل كند.

آنها می گویند که خورشيد انرژي اش را به صورت رايگان و آزاد در اختيار ما قرار مي دهد اما استفاده از آن مشكل است. ما مي توانيم از صفحات خورشيدي استفاده كنيم تا برق توليد كنيم. اين درحالي است كه ذخيره اين انرژي متناوب و مشكل است. براي همين آنها درتلاشند انرژي خورشيد را به گونه اي به دست آورند كه در مواقعي كه بيشتر مورد نياز است بتوانند از آن استفاده کنند.

به اين ترتيب اميدوارند از واكنشي شيميايي مشابه فتوسنتز استفاده كنند منتها در يك سيستم مصنوعي.

گياهان انرژي خورشيد را مي گيرند و متمركز مي كنند و از آن براي تجزيه آب به هيدروژن و اكسيژن بهره مي برند. اكسيژن آزاد مي شود و هيدروژن به سوخت قفل مي شود.

هدف اين است كه اين روند در حوزه زيست شناسي مصنوعي هم تكرار شود و سيستم شيميايي قوي و مشابه فتوسنتز طبيعي به وجود آورده شود.

این سيستم مصنوعي مي تواند سيستم طبيعي را هم براي استفاده بهتر از انرژي خورشيد بهبود بخشد. با هدايت فتوسنتز به سطح واكنش هاي اوليه، سطوح بسيار بالاتري از تبديل انرژي ممكن مي شود.

درنهايت میزان بيشتري از دي اكسيدكربن هم كه در نتيجه سوزاندن سوخت هاي فسيلي ايجاد مي شود از جو گرفته می شود.

نحوه ایجاد واکنشی مانند فتوسنتز

پتانسيل فتوسنتز با تمركز بر آنزيمي به نام RuBisCO (ريبولوز-1، بيوفسفات كربوكسيلاز اكسيژناز5) افزايش می يابد. اين آنزيم يك آنزيم كليدي در فتوسنتز است كه به گياهان اجازه مي دهد دي اكسيد كربن جو را براي ايجاد مولكلول هاي غني از انرژي، مثل قندهاي ساده مورد استفاده قرار دهند.

هدف این است که بهره برداري مؤثرتري از RuBisCO انجام گیرد و جلبك ممكن است روزي پاسخ لازم را فراهم كند. با تركيب فتوسنتز جلبكي و گياهي به منظور بهبود بهره وري فتوسنتزي، ما شاهد افزايشي در ميزان توليدات كشاورزي خواهيم بود.

درواقع بعضي از گياهان سازوكارهايي را به وجود آورده اند كه به مانند توربوشارژرهاي زيستي عمل مي كند و دي اكسيد كربن را براي فتوسنتز مطلوب به دور آنزيم متمركز مي كنند. اين امر رشد و توليد را افزايش مي دهد. فهم عميق تر توربوشارژرهاي زيستي ممكن است روزي به کار افزايش بازده محصولات بیاید.

راهی دیگر برای جلوگیری از هدر رفتن نور خورشید

یک راه دیگر هم برای جلوگیری از هدر رفتن انرژی خورشید در نظر گرفته می شود. سيانوباكتري ها (باكتري هايي كه انرژي شان را از فتوسنتز مي گيرند) مي توانند انرژي به مراتب بيشتري از آن چه مصرف مي كنند را جذب كنند.

شاید بتوان از اين انرژي اضافي با انتقال آن به يك سلول توليد سوخت استفاده کرد.