اكتشاف علمي .. تحويل الهواء إلى كهرباء

اكتشف باحثون أستراليون إنزيمًا قادرًا على تحويل الهواء إلى طاقة، إذ أظهرت الدراسة، التي نُشرت مؤخرًا في مجلة Nature المرموقة، أن الإنزيم يستخدم كميات صغيرة من الهيدروجين في الهواء لتوليد تيار كهربائي.

يمهد هذا الاختراق الطريق لتطوير الأجهزة التي يمكن أن تولد حرفيًا الطاقة من الهواء الرقيق. وتم هذا الاكتشاف من قبل فريق من العلماء بقيادة الدكتور ريس جرينتر، وآشلي كروب، والبروفيسور كريس جريننج من معهد اكتشاف الطب الحيوي بجامعة موناش في ملبورن، أستراليا، إذ أنتج الفريق ودرس إنزيمًا مستهلكًا للهيدروجين مصدره بكتيريا توجد عادة في التربة.

أظهر العمل الأخير الذي قام به الفريق أن العديد من البكتيريا تستخدم الهيدروجين من الغلاف الجوي كمصدر للطاقة في البيئات الفقيرة بالمغذيات.

وقال البروفيسور كريس جريننج: «لقد عرفنا منذ بعض الوقت أن البكتيريا يمكنها استخدام أثر الهيدروجين الموجود في الهواء كمصدر للطاقة لمساعدتها على النمو والبقاء على قيد الحياة، بما في ذلك في تربة أنتاركتيكا، والحفر البركانية، وأعماق المحيط. لكننا لم نعرف كيف فعلوا ذلك، حتى الآن».

في ورقة Nature هذه، استخرج الباحثون الإنزيم المسؤول عن استخدام الهيدروجين الجوي من بكتيريا تسمى Mycobacterium smegmatis.

أظهروا أن هذا الإنزيم، المسمى Huc، يحول غاز الهيدروجين إلى تيار كهربائي. يلاحظ الدكتور ريس جرينتر أن «Huc ذات كفاءة غير عادية. على عكس جميع الإنزيمات والمحفزات الكيميائية المعروفة الأخرى، فإنه يستهلك حتى الهيدروجين تحت مستويات الغلاف الجوي- أقل من 0.00005? من الهواء الذي نتنفسه».

استخدم الباحثون العديد من الأساليب المتطورة للكشف عن المخطط الجزيئي لأكسدة الهيدروجين في الغلاف الجوي. لقد استخدموا الفحص المجهري المتقدم (cryo-EM) لتحديد هيكلها الذري ومساراتها الكهربائية، ودفعوا الحدود لإنتاج بنية الإنزيم الأكثر حلًا التي أبلغت عنها هذه الطريقة حتى الآن.استخدموا أيضًا تقنية تسمى الكيمياء الكهربائية لإثبات أن الإنزيم المنقى ينتج الكهرباء بتركيزات الهيدروجين الدقيقة.

يُظهر العمل المخبري الذي قامت به آشلي كروب أنه من الممكن تخزين Huc المنقى لفترات طويلة. إنه مستقر بشكل مذهل.

وقالت السيدة كروب: «من الممكن تجميد الإنزيم أو تسخينه إلى 80 درجة مئوية، ويحتفظ بقدرته على توليد الطاقة. هذا يعكس أن هذا الإنزيم يساعد البكتيريا على البقاء في أكثر البيئات قسوة».

Huc هي «بطارية طبيعية» تنتج تيارًا كهربائيًا مستدامًا من الهواء أو هيدروجينًا مضافًا. بينما لا يزال هذا البحث في مرحلة مبكرة، فإن اكتشاف Huc لديه إمكانات كبيرة لتطوير أجهزة صغيرة تعمل بالطاقة، على سبيل المثال كبديل للأجهزة التي تعمل بالطاقة الشمسية.

البكتيريا التي تنتج إنزيمات مثل Huc شائعة ويمكن زراعتها بكميات كبيرة، ما يعني أنه يمكننا الوصول إلى مصدر مستدام للإنزيم. ويقول الدكتور غرينتر إن الهدف الرئيسي للعمل المستقبلي هو زيادة إنتاج Huc. «بمجرد أن ننتج Huc بكميات كافية، تصبح السماء حرفيًا هي الحد الأقصى لاستخدامه لإنتاج طاقة نظيفة».

المصدر: المصرى اليوم