فراوری برق از هوایی که نفس می کشیم! - وبلاگ سارا

به گزارش وبلاگ سارا، دانشمندان آنزیمی را کشف نموده اند که می تواند هوا را به انرژی تبدیل کند و بطور بالقوه منبع جدیدی از انرژی پاک باشد.

به گزارش خبرآنلاین، مدتهاست می دانیم که یکی از باکتری های خانواده سل می تواند هیدروژن موجود در هوا را به الکتریسیته تبدیل کند. اکنون دانشمندان چگونگی آن را کشف نموده اند.

دانشمندانی که بر روی یکی از خویشاوندان باکتری که عامل ایجاد سل و جذام است مطالعه می نمایند، آنزیمی را کشف نموده اند که می تواند هیدروژن را به الکتریسیته تبدیل کند. این کشف آن ها را به این فکر انداخته که به معنای واقعی می توانند از هوای رقیق به عنوان منبعی برای فراوری انرژی نو و پاک، استفاده نمایند.

باکتری مایکوباکتریوم اسمگماتیس (Mycobacterium smegmatis) از آنزیمی با نام Huc استفاده می نماید تا از هیدروژن موجود در هوا (اتمسفر)، برای فراوری انرژی استفاده کند، و به این آنزیم این امکان را می دهد تا در محیط هایی که در معرض کمبود شدید مواد مغذی هستند، زنده بماند.

اکنون محققان با استخراج و مطالعه این آنزیم می گویند که منبع انرژی نوی برای تامین انرژی مورد احتیاج بعضی دستگاه های الکتریکی قابل حمل پیدا نموده اند. آن ها یافته های خود را در تاریخ 8 مارچ در مجله نیچر منتشر کردند.

ریس گرینتر، میکروبیولوژیست دانشگاه موناش استرالیا، و نویسنده اصلی این مقاله در ایمیلی به لایو ساینس نوشت: ما تصور می کنیم که یک منبع انرژی حاوی Huc، می تواند انرژی مورد احتیاج طیف وسیعی از دستگاه های کوچک قابل حمل، از جمله حسگر های بیومتریک، نمایشگر های محیطی، ساعت های دیجیتال، و ماشین حساب ها یا کامپیوتر های ساده را با استفاده از هوا، تامین کند.

او گفت: وقتی برای Huc هیدروژن غلیظ تری فراهم می کنید، جریان الکتریکی بیشتری فراوری می نماید. این بدان معناست که می توانید از انرژی فراوری شده آن در سلول های سوختی برای تامین انرژی دستگاه های پیچیده تری مانند ساعت ها و یا گوشی های هوشمند، کامپیوتر های پیچیده تر قابل حمل تر و حتی در یک خودرو سواری بهره ببرید.

مایکوباکتریوم اسمگماتیس یک باکتری غیربیماری زا است که بسیار سریع رشد می نماید و اغلب از آن در آزمایشگاه برای مطالعه ساختار دیواره سلولی مایکوباکتریوم توبرکلوزیس (که با مایکوباکتریوم اسمگماتیس از یک خانواده هستند)، که عاملی بیماری زا است استفاده می گردد. مایکوباکتریوم معمولا در خاک و در سرتاسر دنیا یافت می گردد، و مدت هاست که به عنوان میکروبی که می تواند هیدروژن هوا را به انرژی تبدیل کند شناخته شده است؛ به گفته محققان، به این ترتیب این میکروب قادر است تا در سخت ترین محیط ها از جمله در خاک های قطب جنوب، دهانه آتشفشان ها و در اعماق اقیانوس ها، که اغلب سوخت دیگری در آن یافت نمی گردد زنده بماند.

اما این موضوع که مایکوباکتریوم اسمگماتیس چطور این کار را انجام می دهد، تا به امروز بصورت یک راز به جای مانده بود.

برای آنالیز فعل و انفعالات شیمیایی پشت پرده، برای این توانایی شوکه نماینده مایکوباکتریوم اسمگماتیس، دانشمندان ابتدا با استفاده از کروماتوگرافی، آنزیم Huc که مسئول انجام این فرآیند است را جدا کردند. (کروماتوگرافی یک تکنیک آزمایشگاهی است که دانشمندان را قادر می سازد تا اجزای یک مخلوط را از یکدیگر جدا نمایند). آن ها سپس با استفاده از میکروسکوپ الکترونی کرایو (تکنیکی که سازندگان آن برنده جایزه نوبل شیمی در سال 2017 شدند)، به آنالیز ساختار اتمی این آنزیم پرداختند. محققان با ارسال الکترون ها به نمونه یخ زده Huc که از مایکوباکتریوم اسمگماتیس جمع آوری شده بود، ساختار اتمی آنزیم و بعلاوه مسیر های الکتریکی را که این آنزیم برای حمل الکترون ها استفاده می نماید تا جریان فراوری کند، را ترسیم کردند.

این تیم کشف کردند که Huc در مرکز خود، ساختاری به نام مکان فعال دارد که حاوی یون های باردار نیکل و آهن است. زمانی 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 می افتند و از الکترون های خود جدا می شوند. سپس این آنزیم، الکترون ها را در یک مسیر روان، برای فراوری جریان الکتریسیته می فرستد.

گرینتر گفت: الکترون ها به وسیله Huc (خصوصا یون نیکل) جذب می شوند و (به وسیله یک رشته مولکولی که به وسیله خوشه هایی از یون های آهن و گوگرد تشکیل شده است) به سطح Huc منتقل می شوند. اگر Huc را روی یک الکترود بی حرکت کنیم، الکترون ها می توانند از سطح آنزیم وارد مدار الکتریکی شده و جریان فراوری نمایند.

آزمایشات بیشتر نشان دادند که آنزیم Huc جدا شده را می توان برای طولانی مدت ذخیره کرد؛ و آن ها از یخ زدن یا گرم شدن تا دمای 80 درجه سانتیگراد جان سالم به در می برند و زنده می مانند. بعلاوه آن ها می توانند هیدروژن را در غلظت پایینی به میزان 0.00005 درصد، از هوایی که ما تنفس می کنیم، دریافت نموده و مصرف نمایند. محققان می گویند این ویژگی ها، در کنار سایر خصوصیات این میکروب که در همه جا وجود دارد وبه آسانی رشد می نماید، می تواند این آنزیم را به یک مورد ایده آل برای منبع انرژی در باتری های آلی تبدیل کند.

گرینتر می گوید: Huc می تواند انرژی را از هیدروژن موجود در هوا، که عملا نامحدود است، فراوری کند. میزان الکتریسیته ای که می توان از غلظت های پایین هیدروژن در هوا فراوری کرد، کم خواهد بود. این موضوع استفاده از Huc را به دستگاه هایی که به میزان انرژی کم، اما پایدار احتیاج دارند محدود می نماید. استفاده تکمیلی از Huc می تواند در پیل های سوختی باشد که غلظت بالایی از هیدروژن در آن ها وجود دارد.

منبع: livescience