برق با طعم شکر

تولید برق از هر چیزی در علم امروز جذاب است، حال این جذابیت زمانی افزوده می شود که طعم برق شیرین باشد یا به قولی برق با طعم شکر.

به گزارش تاسیسات نیوز، پژوهشگران سوئدی دریافته‌اند که نوع خاصی از باکتری این قابلیت را دارد که از شکر، جریان برق تولید کند.این باکتری‌ها می‌توانند از سلول‌های خود، جریان برق تولید کنند. این فرآیند با نام “انتقال الکترون خارج سلولی” شناخته می‌شود.

باکتری‌ها می‌توانند از سلول‌های خود، جریان برق تولید کنند. این فرآیند با نام “انتقال الکترون خارج سلولی” شناخته می‌شود.

گروهی از پژوهشگران “دانشگاه لوند” (Lund University) سوئد، فرآیند انتقال الکترون خارج سلولی را در نوع متفاوتی از باکتری یعنی “باکتری اسید لاکتیک” (LAB) بررسی کرده‌اند.

این باکتری هم در دستگاه گوارش انسان و هم در دستگاه گوارش حیوان وجود دارد.

پژوهشگران در این بررسی، اتفاقاتی که طی فرآیند انتقال از باکتری به الکترود برای الکترون‌ها رخ می‌دهد، بررسی کردند. نتایج این بررسی نشان می‌دهد که انتروکوک موجود در یک الکترود می‌تواند به رشد جریان الکتریکی ناشی از متابولیسم سلول کمک کند.

هنگامی که باکتری، شکر را در سلول خود تجزیه می‌کند، الکترون‌ها آزاد می‌شوند. تبدیل طبیعی الکترون‌ها به الکترود، با کمک مولکول‌های موسوم به “کوئینون” (quinone) رخ می‌دهد که درون غشای سلول قرار دارند.

“لارس هدرستد” (Lars Hederstedt)، استاد میکروبیولوژی دانشگاه لوند گفت: شاید باکتری اسید لاکتیک و بسیاری از باکتری‌های دیگر، قابلیت عملکرد الکتروشیمیایی را داشته باشند.

نتایج پژوهش، حاکی از این هستند که ممکن است یک باکتری در محیط طبیعی خود، ویژگی‌هایی داشته باشد که در شرایط متفاوت فاقد آن است. آنچه رخ می‌دهد این است که دو نوع یا انواع بیشتری از ریزارگانیسم‌ها، قابلیت متابولیک خود را با رشد یک یا دو ارگانیسم دیگر در هم می‌آمیزند.

بر اساس پژوهش دانشگاه لوند، ممکن است این شکل از همکاری میان ریزارگانیسم‌ها که با نام “سینتروفی” (synthrophy) شناخته می‌شود، به انتقال الکترون میان بخش‌های مورد نظر مربوط باشد.

هدرستد ادامه داد: سینتروفی، توانایی متابولیکی را که سلول‌ها ذاتا فاقد آن هستند، فراهم می‌کند. برای مثال، یک ترکیب شیمیایی خاص، تنها در صورتی در طبیعت تجزیه می‌شود که عملکرد دو نوع متفاوت باکتری با هم و نه به صورت جداگانه صورت گیرد.

این پژوهش در حوزه‌های دیگر هم کاربرد دارد. درک انتقال الکترون‌ها میان باکتری‌ها و الکترودها، برای طراحی و بهبود سیستم‌های الکتروشیمیایی میکروبی نیز مهم است.

حوزه کاربرد این سیستم‌ها، علاوه بر تولید دارو، مواردی مانند سوخت‌های فسیلی برای تولید انرژی زیستی، گیاهان مورد استفاده برای تصفیه فاضلاب و حسگر‌های زیستی را نیز در بر می‌گیرد.

هدرستد افزود: ما باور داریم که نتایج این پژوهش، به ادامه بررسی در مورد محیط زیست دارای ترکیب پیچیده‌ای از ارگانیسم‌ها منجر خواهد شد.

باکتری‌هایی که برق تولید می‌کنند

متان و مشتقات آن مدتی‌ست که به‌عنوان سوختی کم‌آلاینده برای تولید الکتریسیته و انواع دیگر انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد اما سوزاندن متان، مانند هر سوزاندن دیگری، روش بدون آلایندگی محسوب نمی‌شود و برای اینکه گازهای آلاینده به صفر کاهش یابد، باید راهی دیگر اندیشید؛ همین موضوع پژوهشگران دانشگاه پنسیلوانیا را برآن داشت تا نوعی باکتری اختراع کنند.

روش‌های موجود برای استفاده از متان و متانول، برپایه تولید حرارت از این ماده بنا نهاده شده‌اند اما روش جدید که در دانشگاه پنسیلوانیای آمریکا ابداع شده، متان را از مسیر لوله‌هایی عبور می‌دهد که در آن نوعی باکتری مصنوعی زندگی می‌کند که قادر است از متان الکترون‌های آزاد جذب و به یک سیستم برق‌رسانی منتقل کند. این شیوه جدید که سرفصلی تازه در تولید برق به‌وجود می‌آورد، بدون سوزاندن، از تجزیه بیوشیمیایی متان برای تولید انرژی استفاده می‌کند و هیچ گاز آلاینده‌ای در انتهای چرخه به‌وجود نخواهد آورد.

باکتری‌هایی که برای این کار استفاده شدند، همگی ساختگی هستند و در شرایط طبیعی وجود ندارند اما می‌توان از آنها در محل‌هایی مانند محل دفن زباله‌ها، فاضلاب‌ها و دیگر جاهایی که متان تولید می‌شود بهره گرفت تا کار پاکسازی نیز هم‌زمان با تولید برق انجام شود.

مشکل اساسی‌ای که برسر راه این باکتری‌ها وجود دارد این است که بهره‌وری این روش در حال حاضر یک هزارم بهره‌وری روش‌های موجود برای استفاده از متان است و برق تولید شده ارزش اقتصادی لازم را ندارد اما در صورتی که پژوهشگران موفق به توسعه آن شوند، در آینده می‌توان متان را به‌عنوان یک «زیست‌سوخت» واقعی و در رده انرژی خورشیدی و بادی به حساب آورد که هیچ آلایندگی‌ای ایجاد نخواهد کرد.

سلول‌های سوخت متان و متانول در حال حاضر در اتوموبیل‌های اروپا و آمریکا نصب می‌شوند و علاقه‌مندان می‌توانند با درنظرگرفتن بهره‌وری و آلایندگی کمتر این سوخت نسبت به بنزین و دیزل، از آن استفاده کنند اما شاید در آینده این سلول‌ها پر از باکتری‌هایی باشند که به‌جای سوزاندن متانول، در فرایندی مانند تولید ماست، از آن انرژی می‌گیرند.