محققان آنزیم باکتریایی را شناسایی کرده‌‌اند که می‌تواند از هوا، برق تولید کند

تولید برق از هوا؛ واقعیت یا رویاپردازی؟

اگرچه گرفتن انرژی از هوا می‌تواند در نگاه اول کمی عجیب به نظر برسد؛ اما برخی باکتری‌های خاک می‌توانند با جذب مقادیر کم هیدروژن از هوا در شرایط غذایی نامساعد، زنده بمانند. در حقیقت این باکتری‌ها، سالانه ۷۰ میلیون تن از هیدروژن اتمسفر زمین را مصرف کرده و نقش مهمی در چرخه این عنصر ایفا می‌نمایند.

طبق مقاله جدید چاپ شده در نشریه معتبر نیچر، پژوهشگران دانشگاه مانش در استرالیا، تحقیقات خود را روی باکتری با نام علمی «Mycobacterium smegmatis» متمرکز کرده‌اند که از آنزیمی برای مصرف هیدروژن موجود در هوا بهره می‌برد. آنزیم مذکور که  هیدروژناز  نام دارد، می‌تواند پس از چند دقیقه مجاورت با هیدروژن، جریان الکتریکی تولید نماید و پتانسیل کمک گرفتن از آن برای تامین انرژی دستگاه‌های کوچک، مطرح شده است.

هیدروژن، یکی از ساده‌ترین مولکول‌های هستی است که تنها از دو اتم یکسان تشکیل می‌شود. آنزیم مورد بحث، می‌تواند پیوند میان این دو اتم را بشکند و با آزاد کردن الکترون آنها، جریان برق تولید کند. این الکترون‌ها در داخل سلول داخل مسیر خاصی به نام چرخه انتقال الکترون حرکت می‌کنند که وظیفه اصلی تامین انرژی فعالیت‌های باکتری را برعهده دارد.

تصویر باکتری Mycobacterium smegmatis زیر میکروسکوپ الکترونی

شایان ذکر است که در گذشته، تلاش‌های بسیاری برای استفاده از کاتالیزورها جهت بهره‌مندی از هیدروژن موجود در هوا، صورت گرفته بود؛ اما میزان هیدروژن در مقایسه با سایر گازها در اتمسفر زمین، بسیار کم است و غلظت پایین آن، همیشه مانع تولید برق از هوا بوده است. همچنین اکسیژن که یکی از گازهای فراوان در هوا به شمار می‌رود، معمولاً می‌تواند در عملکرد اغلب کاتالیزورهای مصرف‌کننده هیدروژن، تداخل ایجاد نماید و آن‌ها را از کار بیندازد.

دانشمندان برای استخراج آنزیم هیدروژناز از باکتری‌ها، مجبور به تغییر ژن‌های سلول بودند تا بتوانند با افزودن توالی شیمیایی خاصی به آنزیم، امکان جداسازی آن را فراهم سازند. خارج کردن نمونه‌ای مناسب از آنزیم توسط آنها چندان کار آسانی نبوده و سال‌ها به طول کشیده است؛ اما در نهایت موفق شدند آنزیمی با پایداری بالا و دامنه عملکرد در دمای بین ۸۰- یا ۸۰ درجه سانتی‌گراد، بدست آورند.

ساختار سه‌بعدی آنزیم هیدروژناز

مطالعات بیشتر روی آنزیم اشاره شده، نشان داد که می‌تواند در غلظت‌های پایین‌تر از هیدروژن اتمسفر زمین هم به فعالیت خود ادامه دهد و مجاورت با اکسیژن نیز تاثیری روی عملکرد طبیعی آن نمی‌گذارد. محققان اشاره دارند که میزان تولید این آنزیم فعلاً در سطح آزمایشگاهی است؛ ولی اگر بتوان آن را به سطوح گرم یا کیلوگرم نزدیک کرد، می‌توان انتظار باتری‌های زیستی پایدار را در آینده داشت که می‌تواند جایگزین گزینه‌های رایج فعلی مثل انرژی خورشیدی شود.

با وجود این که تولید برق از هوا به کمک آنزیم طبیعی امکان‌پذیر شده است؛ اما ضعیف بودن جریان الکتریکی ناشی از آن، موجب می‌شود تا تنها برای تامین انرژی وسایل خاص مثل ساعت‌های ساده و پایشگرهای سلامت کاربرد داشته باشد. تولید حسگرهای زیستی مبتنی بر این آنزیم، می‌تواند به حوزه داغی در آینده تبدیل شود که کاربردهای متعددی را برای بشر فراهم خواهد ساخت.