هیدروژن از نور خورشید! نانو راکتور انقلابی دانشگاه لیورپول، آغازی نو در انرژی پاک

تحولات نوین در زیست‌شناسی مهندسی و انرژی پاک دانشگاه لیورپول

دانشگاه لیورپول از پیشرفت‌های چشمگیری در زمینه زیست‌شناسی مهندسی و حوزه انرژی‌های پاک خبر داده‌است. گروهی از محققان، یک نانو راکتور هیبریدی مبتنی بر نور را طراحی کرده‌اند که نوآوری‌های طبیعت را با دقت فناوری ترکیب می‌کند تا هیدروژن تولید شود؛ این ماده، یک منبع انرژی پاک و همیشه در دسترس است.

این پژوهش که در مجله علمی ACS Catalysis منتشر شده، رویکردی پیشگامانه در زمینه فوتوکاتالیز مصنوعی را نشان می‌دهد و به چالش‌های اساسی در بهره‌برداری از انرژی خورشیدی برای تولید سوخت پاسخ می‌دهد. اگرچه سیستم‌های فتوسنتز طبیعی برای استفاده‌ی مؤثر از نور خورشید تکامل یافته‌اند، سیستم‌های مصنوعی در رسیدن به عملکرد مشابه با موانعی روبه‌رو بوده‌اند.

نانو راکتور هیبریدی حاصل ترکیب هوشمندانه‌ی مواد زیستی و مصنوعی است. این راکتور، پوسته‌های آلفا-کربوکسی‌زوم بازترکیب‌شده را که میکروکامپارتمنت‌های طبیعی از باکتری‌ها هستند، با یک نیمه‌رسانای آلی میکروپور ترکیب می‌کند. این پوسته‌های کربوکسی‌زوم، آنزیم‌های حساس هیدروژناز را که در تولید هیدروژن بسیار کارآمد هستند، محافظت می‌کنند. این آنزیم‌ها به سرعت در اثر تماس با اکسیژن غیرفعال می‌شوند. بنابراین، محصور کردن این آنزیم‌ها، باعث حفظ فعالیت و کارایی پایدار آن‌ها می‌شود.

پروفسور لونیگ لیو، رئیس بخش بیوانرژتیک میکروبی و مهندسی زیستی در دانشگاه لیورپول، در این پروژه با پروفسور اندی کوپر از دپارتمان شیمی و مدیر کارخانه نوآوری مواد دانشگاه همکاری داشته‌است.

انقلابی در تولید هیدروژن با نانوذرات آلی

تیم‌های تحقیقاتی به طور مشترک یک نیمه‌رسانای ارگانیک میکروپورس را سنتز کردند که به‌عنوان یک گیرنده‌ی نور عمل می‌کند. این نیمه‌رسانا نور مرئی را جذب کرده و انرژی حاصل از آن را به بیو کاتالیست منتقل می‌کند و به این ترتیب، فرآیند تولید هیدروژن را تسهیل می‌کند. پروفسور لونیگ لیو در این باره گفت: «با الگوبرداری از ساختارها و عملکردهای پیچیده‌ی فتوسنتز طبیعی، ما یک نانو وا‌کنش‌گر هیبریدی ایجاد کرده‌ایم که توانایی جذب وسیع نور و کارایی تولید اکسیتون‌ها در مواد مصنوعی را با قدرت کاتالیستی آنزیم‌های زیستی ترکیب می‌کند. این هم‌افزایی، امکان تولید هیدروژن را با استفاده از نور به عنوان تنها منبع انرژی، فراهم می‌کند.»

این دستاورد جدید پیامدهای قابل توجهی دارد و می‌تواند وابستگی به فلزات گرانبهایی مانند پلاتین را کاهش دهد و گزینه‌ای ارزان‌تر برای کاتالیست‌های مصنوعی متعارف ارائه دهد، در عین حال، کارایی مشابهی را نیز به دست می‌آورد. این پیشرفت نه ‌تنها راه را برای تولید پایدار هیدروژن هموار می‌کند، بلکه پتانسیل‌های وسیع‌تری برای کاربردهای بیوتکنولوژیکی نیز دارد.

پروفسور اندی کوپر، مدیر کارخانه نوآوری مواد، در پایان افزود: «همکاری بین دانشکده‌های مختلف دانشگاه برای رسیدن به این نتایج، بسیار مؤثر بوده‌است. یافته‌های هیجان‌انگیز این پژوهش، درهای جدیدی را برای ساخت نانو واکنشگرهای بیومیمتیک با کاربردهای گسترده در حوزه‌ی انرژی پاک و مهندسی آنزیمی باز می‌کند و به آینده‌ای با کربن خنثی کمک شایانی خواهد کرد.»