اكتشاف إنزيم جديد يحول الهواء إلى كهرباء

اكتشف العلماء مؤخرًا إنزيمًا جديدًا يحول الهيدروجين الجوي إلى كهرباء. حيث يشرح البحث المنشور في مجلة نيتشر، كيفية أكسدة الهيدروجين في الغلاف الجوي بواسطة الإنزيمات.

قام فريق البحث بقيادة الدكتور ريس غرينتر والبروفيسور كريس غريننغ، بتحليل الإنزيم المستهلك للهيدروجين في التربة. وأظهر بحثهم الأخير أن العديد من البكتيريا، بما في ذلك تلك الموجودة في تربة أنتاركتيكا والحفر البركانية وأعماق المحيطات، تستخدم كميات ضئيلة من الهيدروجين في الهواء لتنمو وتعيش.

قال البروفيسور جرينينغ "لقد عرفنا منذ فترة أن البكتيريا يمكنها استخدام أثر الهيدروجين الموجود في الهواء كمصدر للطاقة لمساعدتها على النمو والبقاء على قيد الحياة، لكننا لم نكن نعرف كيف تفعل ذلك حتى الآن".

إنزيم Huc

يُمكِّن إنزيم تم اكتشافه حديثًا، يُدعى Huc، بكتيريا Mycobacterium smegmatis من الازدهار في البيئات الصعبة والفقيرة بالمغذيات عن طريق استخراج الطاقة من الهيدروجين الجوي. من المحتمل أن يعمل إنزيم Huc على تشغيل الأجهزة المحمولة الصغيرة مثل أجهزة الاستشعار البيومترية والساعات الرقمية والآلات الحاسبة، من خلال استخدام الهواء، وفقًا لعالم الأحياء الدقيقة ريس غرينتر.

علاوة على ذلك، يمكن لـ Huc توليد المزيد من التيار الكهربائي مع زيادة تركيز الهيدروجين، مما يجعله مصدر طاقة محتملاً لخلايا الوقود لتشغيل أجهزة أكثر تعقيدًا مثل الساعات الذكية والهواتف الذكية وحتى السيارات الكهربائية.

بكتيريا Mycobacterium smegmatis وهي بكتيريا غير ممرضة، تستخدم على نطاق واسع في المختبرات، توجد على مستوى العالم في التربة ويمكن أن تنتج الطاقة من تتبع الهيدروجين في الهواء. هذا يمكّنها من البقاء في البيئات القاسية، مثل تربة أنتاركتيكا والفوهات البركانية، وفقًا للباحثين.

تحويل الهواء إلى كهرباء

استخدم العلماء تقنية الكروماتوغرافيا وهي تقنية معملية تفصل بين مكونات الخليط، لعزل إنزيم Huc الذي يمكّن البكتيريا من توليد تيار كهربائي. وتم فحص التركيب الذري للإنزيم باستخدام المجهر الإلكتروني بالتبريد.

وجد الفريق أن الموقع النشط لـ Huc يحتوي على أيونات النيكل والحديد التي تحبس جزيئات الهيدروجين وتجردها من إلكتروناتها، مما يولد تيارًا متدفقًا من الإلكترونات لإنتاج التيار. ويمتص أيون النيكل داخل Huc الإلكترونات التي يتم نقلها بعد ذلك إلى سطح الإنزيم عن طريق مجموعات من أيونات الحديد والكبريت تعمل كسلك جزيئي. وأوضح جرينتر أنه من خلال تثبيت Huc على قطب كهربائي، يمكن للإلكترونات أن تتدفق لتوليد تيار كهربائي.

أظهرت تجارب أخرى أن Huc يمكن أن ينجو من التجمد أو التسخين حتى 176 درجة فهرنهايت ويظل مستقرًا بمرور الوقت ويستهلك الهيدروجين بتركيزات منخفضة جدًا. يقترح الباحثون أن هذه الخصائص، جنبًا إلى جنب مع سهولة زراعة M. smegmatis، تجعل Huc مرشحًا مثاليًا للاستخدام في البطاريات العضوية. ^[1]