اكتشف العلماء إنزيماً يحول الهواء إلى طاقة
اكتشف العلماء إنزيماً بكتيرياً يحول الهيدروجين إلى كهرباء، ويعتقدون أنه يمكن استخدامه لإنشاء مصدر جديد ونظيف للطاقة ”من الهواء“ حرفياً. هذا الإنزيم، الذي أطلق عليه اسم ”هوك“ ،Hucتستخدمه بكتيريا (المتفطرة اللخنية) مايكوباكتيريوم ميغماتيس Mycobacterium smegmatis لاستخراج الطاقة من الهيدروجين الجوي، مما يمكنها من البقاء على قيد الحياة في البيئات الشديدة الفقر بالمغذيات. وباستخراج ودراسة هذا الإنزيم، يقول الباحثون إنهم وجدوا مصدراً جديداً للطاقة يمكن استخدامه لتشغيل مجموعة من الأجهزة الكهربائية المحمولة الصغيرة. قال ريس غرينتر Rhys Grinter، عالم الميكروبيولوجيا بجامعة موناش الأسترالية: ”نتصور مصدراً للطاقة يحتوي على إنزيم هوك، والذي يمكنه تشغيل مجموعة من الأجهزة المحمولة الصغيرة باستخدام الهواء، بما في ذلك المجسات البيومترية، وأجهزة الرصد البيئية، والساعات الرقمية والآلات الحاسبة أو الحواسيب البسيطة. عند تزويد هوك بمزيد من الهيدروجين المركز، فإنه ينتج المزيد من التيار الكهربائي، مما يعني أنه يمكنك استخدامه في خلايا الوقود لتشغيل أجهزة أكثر تعقيداً مثل الساعات الذكية أو الهواتف الذكية، والمزيد من الحواسيب المحمولة المعقدة وربما حتى تشغيل سيارة“.
الهيدروجين هو أكثر العناصر
وفرة على كوكب الأرض
لدراسة التفاعلات الكيميائية الكامنة وراء قدرة إم. ميغماتيس المذهلة، عزل العلماء أولاً إنزيم هوك المسؤول عن العملية باستخدام تقنية الكروماتوغرافيا (الاستشراب) .Chromatographyثم فحصوا البنية الذرية للإنزيم باستخدام المجهر الإلكتروني فائق البرودة .Cryogenic electron microscopy وبتسليط شعاع من الإلكترونات على عينة مجمدة من إنزيم ”هوك“ المستخلص من إم. ميغماتيس، ورسم الباحثون مخططاً للبنية الذرية للإنزيم والمسارات الكهربائية التي يستخدمها لحمل الإلكترونات بحيث تشكل تياراً.
اكتشف الفريق وجود بُنية أطلقوا عليها مصطلح الموقع النشط Active site في مركز الإنزيم هوك، يتألف هذا المركز من أيونات مشحونة من النيكل والحديد. وبمجرد دخول جزيئات الهيدروجين – المكونة من بروتونين وإلكترونين – إلى الموقع النشط، تصبح محاصرة بين أيونات النيكل والحديد وتجرّد من إلكتروناتها. وبعد ذلك يرسل الإنزيم هذه الإلكترونات بطول تيار متدفق لتوليد تيار. قال غرينتر: ”يمتص إنزيم هوك الإلكترونات، وتحديداً أيون النيكل، حيث تُنقل إلى سطح الإنزيم بواسطة سلك جزيئي يتكون من مجموعات من أيونات الحديد والكبريت. إذا تمكنّا من تثبيت الإنزيم هوك على قطب كهربائي، يمكن للإلكترونات أن تدخل دائرة كهربائية من سطح الإنزيم وتولد تياراً“.
والانتشار الواسع لهذه البكتيريا وقدرتها على النمو بسهولة تجعلها مرشحاً مثالياً كمصدر طاقة في البطاريات العضوية. قال غرينتر: ”يمكن لإنزيم هوك أن يستخرج الطاقة من الهيدروجين الموجود في الهواء، وهو أمر لا حدود له عملياً. إلا أن كمية الكهرباء التي يمكن توليدها من التركيزات المنخفضة للهيدروجين في الهواء هي كميات متواضعة، مما يقصر استخدام إنزيم هوك في هذا السياق على الأجهزة التي تتطلب قدراً صغيراً لكن مستداماً من الطاقة. واستخدام إنزيم هوك في خلايا الوقود Fuel cells كعنصر تكميلي يمكن أن يوفر تركيزاً أعلى من الهيدروجين“.
بقلم: بن تيرنر
