پیشرفت چشمگیر در مهندسی زیست و انرژی پاک

پیشرفت‌های چشمگیر در مهندسی زیست‌شناسی و انرژی پاک در دانشگاه لیورپول

دانشگاه لیورپول از یک پیشرفت مهم در زمینه مهندسی زیست‌شناسی و انرژی پاک خبر داده است. یک تیم از محققان موفق به توسعه یک نانو راکتور هیبریدی نوآورانه شده‌اند که کارایی طبیعی را با دقت پیشرفته مصنوعی ترکیب می‌کند تا هیدروژن تولید کند؛ منبعی پاک و پایدار از انرژی.

این مطالعه که در نشریه ACS Catalysis منتشر شده، رویکردی پیشگامانه در زمینه فتوکاتالیست مصنوعی را به نمایش می‌گذارد و به چالش‌های اساسی در استفاده از انرژی خورشیدی برای تولید سوخت می‌پردازد. در حالی که سیستم‌های فتوسنتزی طبیعی برای بهینه‌سازی استفاده از نور خورشید تکامل یافته‌اند، سیستم‌های مصنوعی در دستیابی به عملکرد مشابه با مشکلاتی مواجه بوده‌اند.

این نانو راکتور هیبریدی نتیجه یک ادغام نوآورانه از مواد زیستی و مصنوعی است. این راکتور، پوسته‌های α-کاربکسی‌زوم بازترکیبی — میکروکامپارتمنت‌های طبیعی از باکتری‌ها — را با یک نیمه‌رسانای آلی میکروپور ترکیب می‌کند. این پوسته‌های کاربکسی‌زوم، آنزیم‌های حساس هیدروژناز را محافظت می‌کنند که در تولید هیدروژن بسیار مؤثر هستند اما به راحتی توسط اکسیژن غیرفعال می‌شوند. محصور کردن این آنزیم‌ها، فعالیت و کارایی پایدار آنها را تضمین می‌کند.

پروفسور لونینگ لیو، رئیس بخش بیوانرژتیک میکروبی و مهندسی زیستی در دانشگاه لیورپول، در همکاری با پروفسور اندی کوپر، از دپارتمان شیمی و مدیر کارخانه نوآوری مواد دانشگاه، بر روی این پروژه کار کرده است.

تولید هیدروژن با استفاده از نانو راکتورهای بیومیمتیک

تیم‌های تحقیقاتی با یکدیگر موفق به سنتز یک نیمه‌رسانای آلی میکروپور شده‌اند که به عنوان آنتن جمع‌آوری نور عمل می‌کند. این نیمه‌رسانا نور مرئی را جذب کرده و انرژی حاصل از آن را به بیوکاتالیست منتقل می‌سازد که باعث تولید هیدروژن می‌شود.

پروفسور لونیگ لیو در این باره گفت: “با تقلید از ساختارها و عملکردهای پیچیده فتوسنتز طبیعی، ما یک نانو راکتور هیبریدی ایجاد کرده‌ایم که قابلیت جذب نور گسترده و کارایی تولید اکسیتون مواد سنتزی را با قدرت کاتالیزوری آنزیم‌های بیولوژیکی ترکیب می‌کند. این هم‌افزایی امکان تولید هیدروژن را با استفاده از نور به عنوان تنها منبع انرژی فراهم می‌آورد.”

این تحقیق جدید پیامدهای قابل توجهی دارد و می‌تواند وابستگی به فلزات گرانبهایی مانند پلاتین را کاهش دهد. این امر به ارائه یک جایگزین مقرون به صرفه برای کاتالیست‌های سنتزی سنتی کمک کرده و در عین حال کارایی قابل مقایسه‌ای را به دست می‌آورد. این پیشرفت نه تنها راه را برای تولید پایدار هیدروژن هموار می‌کند، بلکه پتانسیل‌های بیشتری برای کاربردهای بیوتکنولوژیکی گسترده‌تر نیز دارد.

پروفسور اندی کوپر، مدیر کارخانه نوآوری مواد، در پایان گفت: “همکاری با دانشکده‌های مختلف دانشگاه برای دستیابی به این نتایج فوق‌العاده بوده است. یافته‌های هیجان‌انگیز این مطالعه درهای جدیدی را برای ساخت نانو راکتورهای بیومیمتیک با کاربردهای وسیع در انرژی پاک و مهندسی آنزیمی باز می‌کند و به سوی آینده‌ای کربن‌خنثی کمک می‌نماید.”