ساخت برگ مصنوعی که بهتر از برگ طبیعی فتوسنتز می‌کند

محققان دانشگاه هاروارد سیستمی شبیه به برگ ساخته‌اند که می‌تواند انرژی خورشید را بهتر از برگ طبیعی ذخیره کند. این سیستم با تقلید از فرایند طبیعی فتوسنتز انرژی خورشیدی را گرفته و آن را به انرژی شیمیایی



محققان هاروارد با استفاده از این سیستم می‌توانند انرژی خورشید را ذخیره کنند. سپس به کمک مکانیسم‌های هیبریدی مواد شیمیایی غیرطبیعی و باکتری‌ها، انرژی خورشید را به انرژی شیمیایی تبدیل می‌کنند.

این محققان اختراع‌شان را با پروسه‌ی طبیعی فتوسنتز مقایسه می‌کنند و به آن را «برگ بیونیک» یا «برگ مصنوعی» می‌نامند. آنها می‌گویند میزان بازدهی این برگ مصنوعی از دیگر سیستم‌های مشابه از جمله خود فتوسنتز بیشتر است.

در مقاله‌ی این پژوهش نوشته شده که محققان می‌خواستند به دو هدف برسند. یکی اینکه به جای تبدیل انرژی خورشید، آن را ذخیره کنند؛ و دیگری اینکه با کربن دی اکسید موجود در هوا چیز مفیدی بسازند و به این طریق سطح یکی از گازهای گلخانه‌ای اصلی را در اتمسفر کمتر کنند.

ساز و کار این سیستم به این شکل است: درون یک ظرف شیشه‌ای بیش از دو الکترود، نوعی باکتری و آب قرار داده می‌شود. سپس محققان از میان الکترودها جریان الکتریکی عبور می‌دهند و در نتیجه‌ی آن مولکول‌های آب تجزیه می‌شوند و گاز هیدروژن آزاد می‌شود.

«پاملا سیلور»، یکی از نویسنده‌های این مقاله می‌گوید: «می‌توان با سوزاندن هیدروژن از آن به عنوان منبع انرژی استفاده کرد. اما به جای این کار ما تصمیم گرفتیم از باکتری استفاده کنیم. این باکتری‌ها هیدروژن و کربن دی اکسید را می‌گیرند و به کمک آنها رشد می‌کنند.»

وقتی این جانداران رشد می‌کنند، مواد شیمیایی خاصی تولید می‌کنند. این باکتری‌ها را می‌توانیم مهندسی کنیم تا مواد مفیدی مثل الکل بسازند.

ده‌ها سال است که دانشمندان می‌خواهند با تجزیه‌ی آب به وسیله‌ی الکترود، باکتری پرورش دهند. با اینکه در نهایت موفق به انجام این کار شدند، به علت محدودیت‌های خاصی نتوانستند به بازدهی خوبی برسند. چالش اصلی آنها هم فروشست مواد فلزی سنگین از الکترودها و تولید اکسیژن‌های واکنش‌پذیر بود. در این شرایط باکتری‌ها نمی‌توانند سالم بمانند. اما نوآوری دکتر سیلور و همکارانش در این تحقیق جدید این بود که در سیستم تجزیه‌ی آب از کوبالت استفاده کردند. این ماده قابلیت خوددرمانی دارد. یعنی کاتد و آند یکدیگر را ترمیم می‌کنند.

وقتی دانشمندان برای اولین بار این نوع آزمایشات را در دهه‌ی ۶۰ میلادی انجام دادند، با موانع بسیاری رو به رو بودند. به همین دلیل فقط می‌توانستند به بازدهی یک درصد برسند. اما محققان با این پژوهش جدید توانسته‌اند بازدهی را تا ۱۰ درصد افزایش دهند.

اما آیا این سیستم می‌تواند در دنیای واقعی کاربرد داشته باشد؟ محققان می‌گویند می‌توانیم از این مکانیسم در کشورهای در حال توسعه استفاده کنیم، چون این کشورها برای ذخیره و دسترسی به انرژی زیرساخت کافی را ندارند. البته سوال دیگری که مطرح می‌شود این است که آیا این سیستم‌های بیولوژیکی می‌توانند در مناطقی مثل بیابان صحرا زنده بمانند. در هر صورت، با اینکه دیگر کارشناسان مرتبط با این حوزه درباره‌ی کاربرد این سیستم در دنیای واقعی مطمئن نیستند، اما معتقدند که نتایج این پژوهش امیدبخش است.