اتخذ السعي لإيجاد طرقٍ جديدةٍ لتسخير الطاقة الشمسية خطوة إلى الأمام بعد أن نجح الباحثون في فصل الماء إلى هيدروجين وأكسجين، وذلك عن طريق تغيير آلية البناء الضوئي في النباتات. فالبناء الضوئي هو عملية تستخدمها النباتات لتحويل أشعة الشمس إلى طاقة، ويتم إنتاج الأكسجين كمنتج ثانوي لعملية البناء الضوئي، وهي واحدة من أهم التفاعلات على هذا الكوكب؛ لأنها مصدر كل الأكسجين في العالم تقريبًا. ويمكن أن يكون الهيدروجين الذي يتم إنتاجه عند انقسام الماء مصدرًا أخضرًا وغير محدود للطاقة المتجددة.
استخدمت دراسة جديدة قادها أكاديميون في كلية سانت جون جامعة كامبريدج عملية البناء الضوئي شبه الاصطناعي لاستكشاف طرق جديدة لإنتاج الطاقة الشمسية وتخزينها، حيث استخدموا ضوء الشمس الطبيعي لفصل الماء إلى هيدروجين وأكسجين باستخدام خليط من المكونات البيولوجية والتقنيات البشرية. ويمكن الآن استخدام هذا البحث لإحداث ثورة في الأنظمة المستخدمة لإنتاج الطاقة المتجددة، حيث نشرت مجلة “nature energy” كيف طور الأكاديميون في كامبريدج برنامجهم لتحقيق فصل المياه بواسطة الشمس تلقائيًا، وتمكنت طريقتهم أيضًا من امتصاص ضوء الشمس بكمية أكبر من البناء الضوئي الطبيعي. وقالت كاتارزينا سوكول (Katarzyna Sokól) “إن التمثيل الضوئي الطبيعي ليس فعالًا لأنه تطور لمجرد البقاء على قيد الحياة، لذا فهو يجعل الحد الأدنى من الطاقة اللازمة حوالي 1 إلى 2 في المائة مما يمكن أن يحول ويخزن”.
كانت عملية البناء الضوئي الصناعي موجودة منذ عقود، ولكنها لم تُستخدم بنجاحٍ حتى الآن في إنتاج الطاقة المتجددة؛ وذلك لأنها تعتمد على استخدام المحفزات والتي غالبًا ما تكون مكلفة وسامة، مما يعني أنه لا يمكن حتى الآن استخدامها لرفع النتائج إلى مستوى صناعي، وتعتبر الأبحاث جزءًا من المجال الناشئ لعملية البناء الضوئي شبه الاصطناعي التي تهدف إلى التغلب على قيود عملية البناء الضوئي الاصطناعي بشكلٍ كامل باستخدام الإنزيمات لخلق التفاعل المطلوب.
لم تعمل سوكول وفريق الباحثين فقط على تحسين كمية الطاقة التي تم إنتاجها وتخزينها، وإنما تمكنوا من إعادة تنشيط العملية في الطحالب التي ظلت خاملة طوال آلاف السنين. وأوضحت: “الهيدروجينيز هو عبارة عن إنزيم موجود في الطحالب القادرة على اختزال البروتونات إلى هيدروجين، وخلال التطور تم إلغاء هذه العملية لأنها لم تكن ضرورية للبقاء على قيد الحياة ولكننا نجحنا في تجاوز حالة الخمول لتحقيق التفاعل الذي أردناه، وهو فصل الماء إلى هيدروجين وأكسجين”.
تأمل سوكول أن تمكن النتائج من تطوير أنظمة جديدة مبتكرة لنمو الطاقة الشمسية. وأضافت: “من المثير أن نختار العمليات التي نريدها بشكلٍ انتقائي، ونحقق التفاعل الذي نريده والذي لا يمكن الوصول إليه بطبيعته، ويمكن أن يكون هذا منصةً رائعةً لتطوير تقنيات الطاقة الشمسية، ويمكن استخدام هذا لدمج تفاعلات أخرى معًا”. كما وصف الدكتور إيروين ريزنر(Erwin Reisner) رئيس مختبر ريزنر وأحد مؤلفي البحث بأنه “علامة فارقة”.
كتابة: عبدالله الحرباوي
مراجعة: سيلفيا أمير
تصميم: عمر حسن
تحرير: إسراء وصفي
