الشهر الماضي، إكسون موبيل (رمزها في بورصة نيويورك: XOM) سحبت القابس في مشروع الوقود الحيوي القائم على الطحالب الذي يبلغ من العمر 14 عامًا ، لتصبح أحدث شركة نفط تتخلى عما كان يعتبر في يوم من الأيام وقود المستقبل. لم تكن الفكرة بدون مزايا. تتمتع الطحالب ببعض المزايا الواضحة مقارنة بالوقود الحيوي المُرشح ، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن هذه الكائنات الدقيقة التي تعمل بالتمثيل الضوئي فعالة للغاية في تحويل ضوء الشمس إلى كتلة حيوية ؛ يملك نسبة عالية من الدهون تصل إلى 80٪ لبعض الأصناف وأكثر تنوعًا من الذرة ، على سبيل المثال ، محصول وقود حيوي شائع.
لسوء الحظ ، اكتشفت Exxon وفرق Big Oil التابعة لها أنه من الصعب للغاية جعل اقتصاديات الوقود الحيوي الطحالب منافسة لاقتصاد النفط الخام الأرخص بكثير ، مع شركة منتجات حيوية من الطحالب سيلان يجب أن يصل تقدير النفط الخام إلى حوالي 500 دولار / برميل لكي يكون الوقود الحيوي القائم على الطحالب قادرًا على المنافسة.
لكن اكتشافًا جديدًا للعلماء يمكن أن يمنح شركات مثل Exxon واللاعبين في مجال الطاقة المتجددة شريان حياة جديدًا. العلماء لديهم “اخترق” مرحلة مبكرة من عملية التمثيل الضوئي واكتشفت طرقًا جديدة لاستخراج الطاقة من هذه العملية ، وهو اكتشاف يمكن أن يساعد في توليد وقود نظيف وطاقة متجددة.
اختراق التمثيل الضوئي
نجح فريق دولي من علماء الأحياء والكيميائيين والفيزيائيين ، بقيادة جامعة كامبريدج ، في دراسة التمثيل الضوئي على المستوى الجزيئي وعلى نطاق زمني فائق السرعة: جزء من المليون من المليون من الثانية.
على الرغم من أن العملية التي تقوم بها النباتات بتحويل ضوء الشمس والماء إلى طاقة معروفة للإنسان منذ قرون ، إلا أن الفيزياء الضوئية للعملية ، بما في ذلك التغيرات الذرية والجزيئية التي تحدث عندما يمتص النبات ضوء الشمس ، ليست مفهومة جيدًا. يتمثل التحدي الكبير الذي يواجه الفهم الكامل لعملية التمثيل الضوئي في أن العملية سريعة جدًا بحيث يتعذر على العديد من أنظمة المراقبة التقليدية تتبعها. للتغلب على هذا الحاجز ، طور فريق كامبريدج تقنية باستخدام تقنيات التحليل الطيفي فائقة السرعة باستخدام نبضات الليزر التي تهدف إلى عينات من الخلايا الحية لمراقبة التغيرات الخلوية السريعة.
وفقًا لمؤلف الدراسة Tomi Baikie ، فإن أجهزة الليزر هذه تلتقط “صورًا” لخلايا التمثيل الضوئي بسرعة “…أسرع بمليون مرة من جهاز iPhone الخاص بك. الإلكترونيات (الكمية) لعالم النبات مذهلة للغاية. لم نتوقع حقًا أن ينجح هذا ، لكنه نجح حقًا. هذا يعني أن لدينا أداة جديدة لفهم الخلايا.”
من النتائج الرئيسية التي توصل إليها الفريق أن الإلكترونات الضرورية لعملية التمثيل الضوئي تُستخرج من الخلايا في وقت أبكر بكثير مما كان يُعتقد سابقًا. كان زانغ وزملاؤه يحاولون اكتشاف كيف تستطيع الجزيئات الحلقية الشكل المسماة كينونات “سرقة” الإلكترونات من عملية التمثيل الضوئي. يمكن أن تقبل الكينونات الإلكترونات وتتبرع بها بسهولة. استخدم العلماء مطياف الامتصاص العابر فائق السرعة لدراسة سلوك الكينونات في البكتيريا الزرقاء الضوئية في الوقت الفعلي.قال مؤلف الدراسة جيني زانج لـ Earther في رسالة بريد إلكتروني: “إن تحقيق ذلك من شأنه أن يفتح العديد من الاحتمالات المثيرة حيث يمكن لخلايا التمثيل الضوئي ومكوناتها أن تعمل كمحفزات ذاتية التوليد والإصلاح الذاتي لا يمكن تكرارها بواسطة الأنظمة الاصطناعية”. وأضاف تشانغ أن التعقيد حتى الآن هو أن الباحثين لم يتمكنوا من “رؤية” مكان سرقة الإلكترونيات داخل الخلايا.
إذا كان هذا يبدو نوعًا من البيزنطية وغير التقليدية ، فإن المغزى الكبير هنا هو أن هذا الاكتشاف قد يغير قواعد اللعبة مع مجموعة من التطبيقات المستقبلية ، من الوقود الحيوي إلى تطوير محاصيل أكثر كفاءة ، والتي يمكن أن تحسن القدرة التنافسية للوقود الحيوي في المستقبل. بالإضافة إلى ذلك ، قام العلماء بالتحقيق في كيفية استخدام التمثيل الضوئي لمعالجة أزمة المناخ ، ومحاكاة عمليات التمثيل الضوئي لتوليد وقود نظيف من ضوء الشمس والماء فقط ، على سبيل المثال.
“لا يتطلب الأمر سوى القليل من الاختراقات الأساسية لتغيير المجال تمامًا. تستغرق هذه الاختراقات وقتًا ، ولكنها تستغرق أيضًا استثمارًا في العلوم الأساسية والبحوث متعددة التخصصات. يعد هذا العمل دليلًا رائعًا على ذلك ، لقد قمنا بتغيير منشورات الهدف التي يمكن أن تكون هذه التكنولوجيا ،قال تشانغ.
بقلم أليكس كيماني لموقع Oilprice.com
المزيد من القراءة على Oilprice.com:
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”