في عصر النانو إنزيم.. أصبح لـ"الصناعة" تمثيل ضوئي

تشتهر عملية التمثيل الضوئي باعتماد النباتات عليها للحصول على الطاقة من ضوء الشمس، لكنّ باحثين ألمانيين تمكنوا من تصنيعها.

وذلك عبر تطبيق تقنية صناعية للتمثيل الضوئي كأساس لتطوير عمليات مستدامة جديدة.

وفي بحث نشرته مجلة "أدفانس ماتيريلز"، استخدم باحثو جامعة ميونخ التقنية عملية "تمثيل ضوئي" صناعية يمكنها إنتاج غاز تخليقي (من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون) لاستخدامه في الصناعات الكيماوية الثقيلة، ويمكنه أيضاً شحن البطاريات.

ويستخدم الغاز المخلق (Syngas) كوسيط مهم في تصنيع العديد من المواد الكيميائية مثل الأمونيا والميثانول والوقود الهيدروكربوني الاصطناعي.

• فتح الصندوق الأسود لمعادلة التمثيل الضوئي.. مفاجأة في أهم "عملية بيئية"

 ويوضح د.رولاند فيشر رئيس قسم الكيمياء العضوية الفلزية أنه يتم تصنيع الغاز حاليًا بشكل حصري تقريبًا باستخدام المواد الخام الأحفورية.

النانو إنزيم

ويتم توليد الطاقة من الضوء من خلال "النانو إنزيم" المطوَّر حديثًا، وهو مسحوق أصفر اللون يحاكي خصائص الإنزيمات المشاركة في عملية التمثيل الضوئي.

وقد استوحي "النانو إنزيم . فريق من العلماء بقيادة فيشر - من عملية التمثيل الضوئي هي العملية التي تستخدمها النباتات لإنتاج الطاقة الكيميائية من الضوء.

وأوضح فيشر أن الطبيعة تحتاج إلى ثاني أكسيد الكربون والماء من أجل التمثيل الضوئي".

وتحاكي المادة النانوية التي طورها الباحثون خصائص الإنزيمات المشاركة في عملية التمثيل الضوئي حيث ينتج "النانو إنزيم" غاز باستخدام ثاني أكسيد الكربون والماء والضوء بطريقة مماثلة.

الجانب المبتكر

ويوضح د.فيليب ستانلي، أن الجانب المبتكر يتمثل في وجود مركزين للتفاعل مرتبطين بعامل الهوائي antenna، حيث يقوم أحد هذه المراكز بتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون، بينما يحول الآخر الماء إلى هيدروجين ويمثل التحدي الرئيسي في التصميم هو ترتيب الهوائي، بحيث يتم تحقيق أعلى عائد ممكن من الضوء.

ويشير ستانلي إلى أن الفريق قد حقق الإنجاز بالفعل، حيث إنه عند نسبة 36% من اكتمال العملية، يكون إنتاج الطاقة من الضوء مرتفعًا بشكل مذهل ويتم تحويل ما يصل إلى ثلث الفوتونات إلى طاقة كيميائية.

وتثير هذه النتيجة الآمال في أن النجاح التقني يمكن أن يجعل العمليات الكيميائية الصناعية أكثر استدامة ومتوافقة مع البيئة .

مشروع منفصل

وفي مشروع منفصل ، يعمل الباحثون على مادة أخرى تستخدم الطاقة الضوئية من الشمس - ولكن في هذه الحالة يخزنها كطاقة كهربائية.

ويشير فيشر: "يمكن أن يكون أحد التطبيقات المستقبلية المحتملة هو البطاريات التي يتم شحنها بواسطة ضوء الشمس ، دون الالتفاف عبر مقبس الحائط".

 ويوضح د. جوليان وارنان، رئيس مجموعة التحفيز الضوئي أن هناك طريقتان للاستفادة المباشرة من الطاقة الشمسية إما أن تحصل علي الطاقة الكهربائية منها أو تستخدم لإنتاج التفاعلات الكيميائية وكلا من هذين النظامين، يستند إلى نفس المبدأ ويظهر بوضوح نجاح التجربة.

 ويعد النجاح التجريبي دليلاً على إمكانية التقنية ولكنه طريق طويل إلى النطاق التجاري إلا أنه في الوقت الحالي، يبدو المسار المباشر الذي تقدمه هذه التقنية أفضل بكثير من الألواح الشمسية ومحاولة تشغيل نظام بالطاقة الشمسية أو طاقة الرياح.