تولید برق از هوایی که نفس می‌کشیم!

پاریس عباسی– ما مدت هاست می دانیم که یکی از باکتری های خانواده ویروسی می تواند هیدروژن موجود در هوا را به الکتریسیته تبدیل کند. اکنون دانشمندان کشف کرده اند که چگونه.

دانشمندان با مطالعه یکی از بستگان باکتری عامل سل و جذام، آنزیمی را کشف کردند که می تواند هیدروژن را به الکتریسیته تبدیل کند. این کشف باعث شد آنها فکر کنند که می توانند از هوای رقیق به عنوان منبع انرژی جدید و پاک استفاده کنند.

باکتری مایکوباکتریوم اسمگماتیس ( مایکوباکتریوم اسمگماتیس) از آنزیمی به نام Huc برای استفاده از هیدروژن موجود در هوا (اتمسفر) برای تولید انرژی استفاده می کند و به این آنزیم اجازه می دهد در محیط هایی که به شدت کمبود مواد مغذی دارند زنده بماند.

اکنون با استخراج و مطالعه این آنزیم، محققان می گویند منبع جدیدی از انرژی برای تامین انرژی مورد نیاز برخی وسایل الکتریکی قابل حمل پیدا کرده اند. آنها نتایج خود را در 8 مارس در مجله Nature منتشر کردند.

ریس گرینتر، میکروبیولوژیست در دانشگاه موناش استرالیا و نویسنده اصلی مقاله، در مادرش می‌نویسد: «ما فرض می‌کنیم که منبع انرژی Huc می‌تواند انواع دستگاه‌های پوشیدنی، از جمله حسگرهای بیومتریک، حسگرهای محیطی و موارد دیگر را تامین کند. به Live Science، ساعت‌های دیجیتال و ماشین‌حساب‌های ساده یا رایانه‌هایی که از هوا استفاده می‌کنند ایمیل بزنید.

او گفت: «هنگامی که هاک را با هیدروژن غلیظ تری تامین می کنید، الکتریسیته بیشتری تولید می کند. این بدان معناست که می‌توانید از انرژی تولید شده در سلول‌های سوختی برای تامین انرژی دستگاه‌های پیچیده‌تر مانند ساعت‌ها یا گوشی‌های هوشمند، رایانه‌های قابل حمل پیچیده و حتی خودرو استفاده کنید.

مایکوباکتریوم اسمگماتیس یک باکتری غیر بیماری زا است که خیلی سریع رشد می کند و اغلب در آزمایشگاه برای مطالعه ساختار دیواره سلولی مایکوباکتریوم توبرکلوزیس (که مایکوباکتریوم smgmatis متعلق به همین خانواده است) که به عنوان یک عامل بیماری زا استفاده می شود. مایکوباکتریوم معمولاً در خاک در سرتاسر جهان یافت می‌شود و مدت‌هاست به عنوان میکروبی شناخته می‌شود که می‌تواند هیدروژن موجود در هوا را به انرژی تبدیل کند. به گفته محققان، به این ترتیب، این میکروب می‌تواند در خشن‌ترین محیط‌ها از جمله خاک‌های قطب جنوب، دهانه‌های آتشفشانی و اقیانوس‌های عمیق که اغلب سوخت دیگری در آن‌ها یافت نمی‌شود، زنده بماند.

اما مهم است که مایکوباکتریوم اسمگماتیس اینکه چگونه این کار را انجام می دهد تا به امروز یک راز باقی مانده است.

برای بررسی فعل و انفعالات شیمیایی در پشت صحنه، برای این توانایی شوک مایکوباکتریوم اسمگماتیسدانشمندان ابتدا آنزیم Huc مسئول این فرآیند را با استفاده از کروماتوگرافی جدا کردند. (کروماتوگرافی یک تکنیک آزمایشگاهی است که به دانشمندان اجازه می دهد تا اجزای یک مخلوط را جدا کنند.) سپس آنها ساختار اتمی این آنزیم را با استفاده از میکروسکوپ کرایو الکترونی (تکنیکی که سازندگانش جایزه نوبل شیمی 2017 را به ارمغان آورد) مطالعه کردند. با ارسال الکترون به نمونه منجمد Huc که یک مایکوباکتریوم است اسمگماتیس آنها از ساختار اتمی آنزیم و همچنین مسیرهای الکتریکی که برای انتقال الکترون ها برای تولید تشعشع استفاده می کند، نقشه برداری کردند.

این تیم کشف کردند که Huc دارای ساختاری به نام مکان فعال در مرکز خود است که حاوی یون های نیکل و آهن باردار است. هنگامی که مولکول های هیدروژن (متشکل از دو پروتون و دو الکترون) وارد این مکان فعال می شوند، بین یون های نیکل و آهن به دام افتاده و از الکترون های خود جدا می شوند. سپس این آنزیم الکترون ها را در مسیری صاف برای تولید الکتریسیته می فرستد.

گرینتر گفت: «الکترون ها توسط Huc (به ویژه یون نیکل) منتقل می شوند و به سطح Huc (با یک لایه مولکولی متشکل از خوشه های یون های آهن و گوگرد) منتقل می شوند. “اگر Huc را روی یک الکترود بی حرکت کنیم، الکترون ها می توانند از سطح آنزیم به مدار الکتریکی جریان پیدا کنند و جریان تولید کنند.”

بیشتر بخوانید:

آزمایش‌های بیشتر نشان داد که آنزیم Huc جدا شده می‌تواند برای مدت طولانی ذخیره شود. و در یخ زدن یا گرم شدن تا 80 درجه زنده می مانند و زنده می مانند. در عین حال می توانند هیدروژن را به میزان 0.00005 درصد از هوایی که تنفس می کنیم جذب و مصرف کنند. به گفته محققان، این ویژگی‌ها، همراه با ویژگی‌های موجود در همه جا و رشد آسان میکروب، می‌تواند آنزیم را به یک کاندید ایده‌آل برای منبع انرژی در باتری‌های آلی تبدیل کند.

گرینتر می گوید: «هوک می تواند از هیدروژن موجود در هوا انرژی تولید کند که عملاً نامحدود است. مقدار الکتریسیته ای که می توان از غلظت کم هیدروژن در هوا تولید کرد کم خواهد بود. این امر استفاده از Huc را محدود به دستگاه هایی می کند که به برق کم اما ثابت نیاز دارند. استفاده بیشتر از Huc ممکن است در سلول های سوختی با غلظت بالای هیدروژن باشد.”

منبع: livescience

5858