کشف جدید علمی: محققان آنزیم باکتریایی را شناسایی کرده‌‌اند که می‌تواند از هوا، برق تولید کند

دانشمندان به‌تازگی یک باکتری موجود در خاک را از نظر ژنتیکی مورد بررسی قرار داده‌اند که قادر است در شرایط خاص، از هیدروژن به‌عنوان منبع انرژی استفاده نماید. آن‌ها ادعا دارند که آنزیم موجود در این باکتری می‌تواند امکان تولید برق از هوا را برای انسان فراهم سازد.

تولید برق از هوا؛ واقعیت یا رؤیاپردازی؟

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

طبق مقاله جدید چاپ‌شده در نشریه معتبر نیچر، پژوهشگران دانشگاه مانش در استرالیا، تحقیقات خود را روی یک گونه 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 کند و پتانسیل کمک‌گرفتن از آن برای تأمین انرژی دستگاه‌های کوچک مطرح شده است.

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

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. 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. خارج‌کردن نمونه‌ای مناسب از آنزیم چندان کار آسانی نبوده و سال‌ها به طول کشیده است؛ اما درنهایت دانشمندان موفق شدند آنزیمی با پایداری بالا و دامنه عملکرد در دمای بین ۸۰- یا ۸۰ درجه سانتی‌گراد به‌دست آورند.

مطالعات بیشتر روی آنزیم اشاره‌شده نشان داد که می‌تواند در غلظت‌های پایین‌تر از هیدروژن اتمسفر زمین هم به فعالیت خود ادامه دهد و مجاورت با اکسیژن نیز تأثیری 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 می‌توانند جایگزین گزینه‌های رایج فعلی مثل انرژی خورشیدی شوند.

با وجود اینکه تولید برق از هوا به کمک آنزیم طبیعی امکان‌پذیر شده است، اما ضعیف بودن جریان الکتریکی ناشی از آن موجب می‌شود تا تنها برای تأمین 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 کرد.