هل يمكن تدجين البكتيريا لانتاج الكهرباء؟

لندن – تمكن باحثون بريطانيون من تطويع قدرات نوع من البكتيريا المحبة للشمس لانتاج الطاقة الكهربائية بتشييد ما يشبه مدينة صغيرة لها.

واستخدم الباحثون من قسم ”يوسف حميد“ للكيمياء، وقسم علوم المواد في جامعة كامبريدج البريطانية الطباعة ثلاثية الأبعاد، لإنشاء شبكات من مساكن دقيقة، تسمح للبكتيريا الزرقاء أن تنمو بسرعة.

وسمح الابتكار بإنتاج كمية من الكهرباء من خلال الطاقة الشمسية، والتي يمكن استخدامها في تشغيل الأجهزة الإلكترونية الصغيرة.

وصمم الفريق البحثي بالطابعة الثلاثية الأبعاد، أقطابًا كهربائية من جزيئات أكسيد المعادن، على هيئة هياكل أعمدة مكثفة مثل مدينة صغيرة، تحاكي مدن ناطحات السحاب الزجاجية، والتي تم تصميمها خصيصًا للعمل مع البكتيريا الزرقاء في أثناء أداء وظيفتها في عملية التمثيل الضوئي.

تحتاج البكتيريا الزرقاء إلى شيء يمكنها الارتباط به وتشكيل مجتمع، حيث تسمح الأقطاب الكهربائية المطورة من قبل الفريق بجامعة كامبريدج بذلك.

وتنتمي البكتيريا الزرقاء إلى عائلة من البكتيريا الشائعة في البحيرات والبحار والعديد من الموائل الأخرى، وتستخدم البكتيريا آليات التمثيل الضوئي التي تمكنها من توليد الطاقة من ضوء الشمس. كما أنها تولد الطاقة في الظلام، عبر آليات تنفسية تعتمد على الهضم وهدم السكر.

والبكتيريا الزرقاء هي جزء حيوي من البيئة، لأنها تشكل مصدرا للأكسجين في الغلاف الجوي ومصدرا أساسيا للمواد العضوية (وهي مكونة بشكل كبير من السكر)، الحلقة الأولى في السلسلة الغذائية لتوليد الطاقة التي تحتاجها للبقاء،و تستخدم البكتيريا الزرقاء ما يسمى "فيسوبيليسوم"، وهو نوع من "سلك هوائي شمسي"، لامتصاص واسع من شدة أشعة الشمس والأطوال الموجية، واستغلال طاقة الشمس التي لا تنضب بكفاءة وفعالية. يتم توجيه هذه الطاقة إلى مراكز التفاعل الكيميائي، حيث يتم تقسيم المياه، مع إطلاق تدفق أيونات الهيدروجين، والتي يتم تطبيقها بعد ذلك لتوليد الطاقة الكيميائية، مما يؤدي إلى إنتاج الغذاء.

قالت الدكتورة جيني زانج قائدة الفريق البحثي ”تتمتع الأقطاب الكهربائية بخصائص ممتازة في التعامل مع الضوء، مثل شقة في ارتفاع شاهق تحتوي على الكثير من النوافذ“، مبينة أن ربط البكتيريا مع أقطاب كهربائية، يأتي لاستخلاص الطاقة التي تنتجها من خلال عملية التمثيل الضوئي.

وبينت زانج، أن النظام الجديد يتيح تجميع البكتيريا الزرقاء في مجتمعات، لتوليد كمية كبيرة من الكهرباء من ضوء الشمس والماء فقط.

وما إن أصبحت البكتيريا الزرقاء تجميعًا ذاتيًّا في منزلها الجديد، وجد الباحثون أنها كانت أكثر كفاءة في إنتاج الطاقة الحيوية من تقنيات مشابهة لها.

ونجحوا في استخراج إلكترونات "شحنات كهربائية" من نفايات البكتيريا الناتجة من عملية التمثيل الضوئي.

وأحد الاختراقات في هذه الدراسة هو استخدام البكتيريا الحية، وأنه كمكافأة إضافية لا يُتوقع أن تتضرر أي بكتيريا في عملية توليد الطاقة.