به نقل از یورکالرت، محققان دانشگاه کمبریج انگلستان از چاپ سه بعدی برای ایجاد شبکه‌هایی از «محفظه نانویی» مرتفع استفاده کردند که در آن باکتری‌های خورشید دوست می‌توانند به‌سرعت رشد کنند. آنان توانستند الکترون‌های زائد باکتری را که از فتوسنتز باقی مانده بود، استخراج کنند که می‌توان از آنها برای تامین برق وسایل الکترونیکی کوچک استفاده کرد.

دیگر گروه‌های تحقیقاتی از باکتری‌های فتوسنتزی انرژی استخراج کرده‌اند اما محققان کمبریج دریافته‌اند که ایجاد اقامتگاهی مناسب برای باکتری‌ها، میزان انرژی را که آنان می‌توانند استخراج کنند به میزان بیشتری افزایش می‌دهد. این رویکرد در برابر روش‌های سنتی تولید انرژی زیستی تجدیدپذیر رقابتی و در حال حاضر به بازده تبدیل خورشیدی رسیده است که می‌تواند با بسیاری از روش‌های فعلی تولید سوخت زیستی رقابت کند.

یافته‌های این تحقیق راه‌های جدیدی را در تولید انرژی زیستی باز می‌کند و نشان می‌دهد که منابع «بیوهیبریدی» انرژی خورشیدی می‌تواند جزء مهمی در ترکیب انرژی صفر کربن باشد.

فن‌آوری‌های تجدیدپذیر کنونی مانند سلول‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون و سوخت‌های زیستی از نظر انتشار کربن بسیار برتر از سوخت‌های فسیلی هستند اما محدودیت‌هایی نیز دارند مانند تکیه بر معدن، چالش‌هایی در بازیافت و تکیه بر استفاده از کشاورزی و زمین که منجر به از دست دادن تنوع زیستی می‌شود.

دکتر جنی ژانگ از دپارتمان شیمی یوسف حمید که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، گفت: «رویکرد ما گامی در جهت ساختن دستگاه‌های انرژی تجدیدپذیر حتی پایدارتر برای آینده است».

ژانگ و همکارانش از دپارتمان بیوشیمی و دپارتمان علوم مواد و متالورژی در تلاش هستند تا انرژی زیستی را به چیزی پایدار و مقیاس‌پذیر تبدیل کنند.

باکتری‌های فتوسنتزی یا سیانوباکتری‌ها فراوان‌ترین موجودات روی زمین هستند. برای چندین سال، محققان تلاش کرده‌اند تا مکانیسم‌های فتوسنتز سیانوباکتری‌ها را دوباره احیا کنند تا از آنها انرژی استخراج کنند.

ژانگ می‌گوید: «از نظر میزان انرژی که در واقع می‌توانید از سیستم‌های فتوسنتزی استخراج کنید، یک مشکل وجود داشته است اما هیچ‌کس متوجه نشد که مشکل کجاست. بیشتر دانشمندان تصور می‌کردند که مشکل بیوزیستی است اما ما متوجه شده‌ایم که در باکتری‌ها، مشکل اساسی در واقع مادی است».

سیانوباکتری‌ها برای رشد به نور زیاد خورشید نیاز دارند و برای استخراج انرژی که از طریق فتوسنتز تولید می‌کنند، باکتری‌ها باید به الکترودها متصل شوند.

گروه تحقیقاتی کمبریج الکترودهای مرسوم را از نانوذرات اکسید فلزی که برای کار با سیانوباکتری‌ها طی انجام فتوسنتز طراحی شده‌اند، چاپ سه بعدی کردند. الکترودها به‌صورت ساختارهای ستونی بسیار منشعب و متراکم مانند یک شهر کوچک چاپ شدند.

گروه تحقیقاتی ژانگ، تکنیک چاپی را توسعه داد که امکان کنترل بر روی مقیاس‌های طولی متعدد را فراهم می‌آورد و ساختارها را بسیار قابل تنظیم می‌کند و می‌تواند برای طیف وسیعی از زمینه‌ها مفید باشد.

ژانگ اظهار می‌کند: «الکترودها دارای خواص بسیار خوبی برای کنترل نور هستند مانند یک آپارتمان بلند با پنجره‌های زیاد. سیانوباکتری‌ها به چیزی نیاز دارند که بتوانند به آن متصل شوند و با همسایگان خود جامعه‌ای تشکیل دهند. الکترودهای ما امکان تعادل بین سطح زیاد و نور زیاد را مانند یک آسمان‌خراش شیشه‌ای فراهم می‌کنند».

هنگامی که سیانوباکتری‌های خود مونتاژ شده در خانه جدید متصل خود قرار گرفتند، محققان دریافتند که نسبت به سایر فناوری‌های انرژی زیستی فعلی مانند سوخت‌های زیستی، کارآمدتر هستند. این روش مقدار انرژی استخراج شده را نسبت به روش‌های دیگر برای تولید انرژی زیستی از فتوسنتز به میزان زیادی افزایش داد.

ژانگ گفت: برای من شگفت‌آور بود که توانستیم به ارقام مشابهی دست پیدا کنیم که سال‌ها پیش‌بینی می‌شد اما این اولین بار است که این اعداد به‌صورت تجربی نشان داده می‌شوند. سیانوباکتری‌ها کارخانه‌های شیمیایی همه کاره هستند. این رویکرد به ما امکان بهره‌برداری از مسیر تبدیل انرژی در مراحل اولیه را می‌دهد که به ما کمک می‌کند بفهمیم چگونه سیانوباکتری‌ها تبدیل انرژی را انجام می‌دهند تا ما بتوانیم از مسیرهای طبیعی آنها برای تولید سوخت تجدیدپذیر یا مواد شیمیایی استفاده کنیم.

نتایج این تحقیق در مجله Nature Materials منتشر شده است.

اتهای پیام