أوراق صناعية جديدة أكثر كفاءة من التركيب الضوئي

علماء في هارفارد يصممون نظامَ تركيب ضوئي اصطناعي جديد يحول ضوء الشمس إلى وقود سائل، وهو فعال كفاية لاستخدامه في التطبيقات التجارية.

هناك مصدر جديد للطاقة النظيفة لم يسمع به أحد بعد وهو الأوراق الصناعية (Bionic Leaf).

قام علماء من هارفارد بتحسين عملية التركيب الضوئي وجعلها أكثر كفاءة بتصنيعهم لما سموه "الأوراق الصناعية 2.0."، حيثُ اخترع العلماء نظاماً جديداً يفصل جزيئات الماء بالطاقة الشمسية وينتج وقوداً سائلاً مع البكتيريا آكلة الهيدروجين.

وقال كبير الباحثين دانيل نوسيرا: "إنه نظام تركيب ضوئي اصطناعي حقيقي، فقد كان الناس يستخدمون من قبل التركيب الضوئي الاصطناعي لفصل الماء، لكن نظامنا يماثل التركيب الضوئي الفعلي، ولقد تخطينا كفاءة التركيب الضوئي الذي يحدث في الطبيعة".

وإضافة إلى إمكانية إنتاج وقود قابل للاستخدام، يمكن استغلال الأورق الصناعية في منتجات أخرى تستخدم تفكيك الجزيئات المستند على الكربون.

الورقة الصناعية تدمج بين التحفيز الكيميائي والبكتيريا المصممة لتخزين الوقود السائل الذي يستخرج من أشعة الشمس

"قمنا بتصميم محفز كيميائي جديد وهو سبيكة كوبالت الفوسفور، والتي أظهرنا أنها لا تصنع أصناف أكسجين تفاعلية"، وقال نورسيرا: "هذا يسمح لنا بخفض الجهد الكهربائي، ويؤدي إلى زيادة كبيرة في الكفاءة".

أدى تدهور أنواع الأكسجين التفاعلية في السابق إلى تدمير الحمض النووي للبكتيريا التي نحتاجها لصناعة الوقود السائل.

قاد هذا التعديل في تصميم النظام إلى تحويل 10% من الطاقة الشمسية بكفاءة إلى كتلة حيوية وهي أسرع حتى من النباتات سريعة النمو التقليدية والتي تصل نسبة التحويل عندها إلى 1% ، وبعيداً عن الكفاءة يتضمن النظام أيزوبوتانول وأيزوبينتانول اللذين يستخدمهما الباحثون في صناعة البي إتش بي (PHB)، وهو عنصر أولي لإنتاج البلاستيك الحيوي.

ويؤكد العلماء أن تصميم النظام الكيميائي يقوم بالتصحيح الذاتي، وهذا يعني عدم تسرب المواد.

يقول نورسيرا: إن النظام فعال كفاية ليتم استخدامه في التطبيقات التجارية المحتملة، ولكن بنموذج مختلف، وقال: إن هناك خططاً لإيصال هذه التكنولوجيا إلى الدول النامية في المستقبل القريب.

نظرة مستقبلية

بم أن العالم قلق من عدة قضايا منها التلوث و الاحتباس الحراري و أيضا القلق من المشاكل الأخرى مثل عدم توفر الكهرباء و الوقود في الدول الفقيرة و طبعا هناك قضية هامة جدا و هو أن النفط ليس بطاقة متجددة أي محكوم بالنفاذ و تشير التقديرات الغير مؤكدة إن عدد من آبار النفط قد تنفذ بعد 200 عام أو أكثر، و لعل أبرز بئرين هما الموجودان في أبوظبي و هما من النوع الصغير و الوحيدان في أبوظبي لدرجة إنها لا تعتمد عليه اقتصاديا بشكل أساسي و قد أشارت أبوظبي إن بئريها سينفذان بعد 50 عاماً من الآن ألا أن ذلك لا يشكل قلقاً لأن أبوظبي لا تنوي استخدام النفط بعد الآن كما أن العائدات من البئرين قليلة جدًّا.

الآن هناك مشاريع لمحطات الطاقة الشمسية تبنى كما بنيت محطات في تشيلي و كاليفورنيا و قد بدأت دول العربية كالإمارات و السعودية بذلك تواً بل و تعتزم أوروبا و الإمارات العربية استبدال السيارات العادية بسيارات كهربائية و الهيدروجينية و ربما المهجنة و العديد من الدول الأخرى بدأت بوضع خطط بديلة.

الآن هناك توجه نحو البدائل مثل البلاستيك البديل و هو البلاستيك العضوي و الوقود الحيوي لكن المشروع ليس جاهزاً للاستخدام التجاري بعد رغم أن الأبحاث الأولية تشير إلى سهولة استبدال البلاستيك العادي بالعضوي لتشابهما في الخصائص عدا أنه صديق للبيئة؛ أما سبب تأخر استخدامه فتعود القصة في جامعة "برديو"، حيث قام فريق من الباحثين من الجامعة باستنساخ جين من إحدى النباتات، هذا الجين يحث النباتات علي استخدام بعض المركبات و المحافظة عليها من أجل استعمالها كمواد أولية لإنتاج البلاستيك، وباستخدام النباتات لهذا الجين تصبح قادرة على إنتاج و تخزين تلك المركبات دون أن يؤثر هذا على النبات في حد ذاته.

النباتات، الذي سوف يضاف إليها هذا الجين، ستصبح لها القدرة على إنتاج أنواع جديدة من البلاستيك، تتميز بنفس خواص البلاستيك من حيث الشدة والشفافية، غير أن هذا النوع من البلاستيك يختلف عن البلاستيك المصنوع من البترول، إلا أن المشكلة التي تواجه الباحثين هي كيفية حث النبات على إنتاج كمية وفيرة من هذا المركب.

لاتزال هذه المشاريع تحت الدراسة و كذلك مازال هناك صناعات لم يتم العثور لها على بديل.

من الناحية أخرى، تشير التقارير بأن العالم انخفض استهلاكه للوقود الأحفوري بشكل أسرع من المتوقع كما أن ربع العالم يعتمد على الطاقة المتجددة و سنخص بالذكر دولة تشيلي التي ما أن بدأت محطاتها الشمسية حتى أكدت صحة إن الطاقة الشمسية خاصة و المتجددة عامة لديها ميزة الضبط حسب الحاجة دون صعوبة تذكر و جعلت الطاقة رخيصة إلى درجة المجان.

هذه مؤشرات جيدة و لكن في المقابل يواجه العلماء مشكلة قد تصبح عقبة اقتصادية، فلقد ذكر إن استهلاك العالم للوقود الأحفوري انخفض أسرع من المتوقع و دولة تشيلي تعاني من فائض في الطاقة في المحافظات الشمالية و ربما المحافظات الأخرى و المشكلة إنه من وسيلة لنقل الفائض أو كوابل للمناطق الأخرى لسد الفائض و هذا معناه إن الطاقة الكهربائية في تشيلي مجانية بشكل جنوني لدرجة إنها قد تصل قيمة الفاتورة إلى السالب، و معناه أيضاً إن الطاقة المتجددة ليست مشروعاً مشجعاً للمستثمرين و سيؤثر سلباً على مستقبل الاقتصاد الدولي، و مع انخفاض الاستهلاك السريع للوقود الأحفوري فإن عدداً من الدول العظمى التي تعتمد اقتصادها على النفط ستواجه أزمة اقتصادية هذا غير عدد من المشاكل أخرى قد تظهر و هو إن براميل النفط (المستخرج) في أي لحظة مستقبلاً ستتحول إلى فائض إن لم يتم جدولة استخراج النفط بشكل مناسب.

و مع ذلك الجميع يصر بالتوجه نحو الطاقة المتجددة و البديلة و ربما ما هنالك أبعد من ذلك و يعتزم جميع الخبراء و العلماء و القادة المشاركون حل المشاكل الأخرى و يرون المشاكل المستقبلية الاقتصادية ليست بشيء مقلق و طبيعي و ثانوي و هناك مشاريع طموحة كبناء محطات شمسية على القمر و استخراج الهيليوم 3، و هذا معناه إن نجح العالم بالاستعاضة بشكل كبير عن النفط فإن الاستهلاك للنفط سينخفض بشكل ضخم و يصبح محصوراً في صناعات بعض المواد التي لم يحل محلها الوقود العضوي (على الأقل) أو أي شيء و ربما في مشاريع الصواريخ، مما يعني عمر أطول بكثير إن شاء الله لآبار النفط و ربما نتوقف نهائيًّا عن استخدامه أو قد لا نتوقف لكن على الأقل سنخفض الاستهلاك بشكل كبير، التحديات كثيرة لكن الفشل ليس خياراً و بقليل من الصبر و الوقت و العزيمة و مزيداً من الأبحاث فإن كل شيء يمكن حله.