کوی دانش - kooy

موفقیت چشمگیر فتوسنتز مصنوعی: تبدیل دی اکسید کربن به پلاستیک و سوخت زیستی

موفقیت چشمگیر فتوسنتز مصنوعی: تبدیل دی اکسید کربن به پلاستیک و سوخت زیستی
05 اردیبهشت
21:15 1394
دانشمندان آزمایشگاه ملی لاورنس برکلی دانشگاه کالیفرنیای آمریکا، یک سیستم دوگانه متشکل از باکتری ها و نانو سیم های نیمه هادی برای شبیه سازی فتوسنتز در ابعاد بسیار ریز ایجاد کرده اند. به زعم پژوهشگران، این دستگاه همه کاره که ورودی آن آب، نور خورشید و گاز دی اکسید کربن است، خروجی بسیار پربازدهی داشته است. خروجی این دستگاه شامل واحدهای ساختاری پلاستیک زیست تجزیه پذیر، انواع دارو و حتی سوخت زیستی است.

با وجود پیشرفت های فزاینده ی استفاده از انرژی های نو به عنوان بخش بزرگی از صنایع تولید انرژی، از دید دانشمندان روند تولید و انتشار گاز دی اکسید کربن به جو زمین، هنوز هم می تواند پیامدهای منفی زیادی داشته باشد، پیامدهایی که شاید بسیار قبل از آن چه پیش بینی می شود، اتفاق بیفتند.

یکی از روش های پیشگیری از انتشار وسیع دی اکسید کربن، استفاده از پلیمرها یا اسفنج ها برای مسدود کردن آن در محل هایی نظیر بالای دودکش های کارخانه هاست. برخی دانشمندان از این هم فراتر رفته و در صدد ابداع روش هایی هستند که با آن ها بتوان دی اکسید کربن را به مواد بی ضرر برای جو، نظیر کربنات کلسیم یا سوخت زیستی مانند متانول و ایزومتانول تبدیل کرد. با این وجود، این تلاش ها هنوز در مرحله آزمایشگاهی، بهره وری چندان بالایی از خود نشان نداده اند.

اما این بار با الهام گرفتن از طبیعت، دانشمندان در صدد تبدیل دی اکسید کربن به گستره وسیعی از مواد بی ضرر و تنها با استفاده از آب و نور خورشید هستند. فتوسنتز مصنوعی پدیده ی جدیدی نیست (پیشتر این عمل با تجزیه آب به دو عنصر هیدروژن و اکسیژن و تولید اسید فرمیک انجام گرفته است) نکته منحصر به فرد این عمل کارآیی و بازدهی بالای این روش نسبت به همه روش های شناخته شده گذشته است.

پیدونگ یانگ که به همراهی کریستوفر و میشله چانگ، سرپرستی این پروژه را بر عهده دارد، می گوید: "این سیستم صنعت انرژی و مواد شیمیایی را به شدت زیر و رو خواهد کرد. در این روش دیگر نیازی به استخراج نفت از زیر زمین نیست، بلکه می توان آن را از مواد کاملا قابل جایگزینی ساخت." این اختراع از دو نوع متفاوت باکتری که میان آرایه های نانو سیم های سیلیکون و تیتانیوم جای می گیرند، استفاده کرده است. نانو سیم سیلیکونی مانند یک سلول خورشیدی بسیار ریز، با به دام انداختن انرژی خورشیدی، الکترون آزاد می کند. این الکترون ها توسط باکتری بی هوازی به نام Sporomusa ovate جذب می شود و پس از ترکیب با آب به "استات" یک ترکیب پرکاربرد و پیشران[1] شیمیایی تبدیل می کند. در این میان بخش تیتانیومی دستگاه، با جذب بار مثبت آن را برای استخراج اکسیژن از آب مورد استفاده قرار میدهد. این اکسیژن توسط باکتری مهندسی ژنتیک شده E.Coli برای سنتز مواد شیمیایی دلخواه به کار گرفته می شود. آرایه نانوسیم ها به شکلی طراحی شده است که بتواند از این باکتری ها محافظت کند. این آرایه باکتری ها را در محیطی نظیر علف های بلند طبیعی قرار داده است تا این باکتری های حساس به اکسیژن بتوانند در شرایط نامطلوب زیستی گازهای حاصل از عمل سنتز، زنده بمانند.

دانشمندان ثابت کردند که دستگاه آن ها می تواند دی اکسید کربن را به ترکیبات شیمیایی متعددی نظیر سوخت های زیستی، پلیمرها و ترکیبات دارویی کاهش دهد. عملکرد این دستگاه در تولید بوتانول 26 درصد، در تولید آمورفادین، ماده پیشران تولید داروهای ضد مالاریا، 25 درصد و در تولید نوعی پلاستیک تجزیه پذیر زیستی به نام PHB ،52 درصد بهره وری نشان می دهد. این درصد ها البته با بهینه سازی و توسعه این روش، قابلیت افزایش هم دارند. میزان بهره وری تبدیل انرژی خورشیدی پس از 200 ساعت قرار گرفتن در معرض نور مصنوعی خورشیدی، به نرخ 0.38 درصد رسید که دانشمندان معتقدند این نرخ با میزان انرژی تبدیلی در یک برگ طبیعی یکسان است؛ با این تفاوت که این میزان قابلیت افزایش و بهبود دارد.

یانگ معتقد است: "در حال حاضر تلاش ما روی توسعه نسل دوم این سیستم است که میزان تبدیل انرژی خورشیدی آن حدود سه درصد است. زمانی که بتوانیم میزان بهره وری دستگاه مان را به 10 درصد برسانیم، این دستگاه قابلیت تجاری سازی پیدا خواهد کرد."

نتایج این پژوهش در آخرین شماره نشریه "Nanno letters" به چاپ رسیده است.


[1] Precursor ترکیبی که در یک سری واکنش های شیمیایی به ترکیبات دیگر قابلیت تبدیل داشته باشد. (A Dictionary of Chemistry, Edited by: John Daintith, Oxford University Press, 2014)

کلمات کلیدی

اشتراک

درباره نویسنده

یاور مشیرفر

یاور مشیرفر

Research Assistant on Paleoclimatology, Palaeoecology, Paleoceanography

http://www.pontocaspian.eu/program/project/project-a5

PRIDE "Drivers of Pontocaspian Biodiversity Rise and Demise" by Horizon 2020 EU

Brunel University of London

Contact: Yavar Moshirfar

Linkedin, Twitter, Google + and Skype

 

 

 

 

 

 

  1. MASIH KAVIANI
    MASIH KAVIANI 13 آذر, 19:05

    با سلام خدمت جناب مهندس یاور مشیرفر ایا سیستم از نطر اقتصادی مقرون به صرفه است با احترام مسیح کاویانی

تصویر امنیتی



عبارت در تصویر را وارد کنید


محققان راهی برای خودترمیمی کامپوزیتها در دمای بسیار پایین یافتند

محققان راهی برای خودترمیمی کامپوزیتها در دمای بسیار پایین یافتند

دانشمندان روشی را توسعه داده اند که توسط آن موادی که عموماً در صنایع هوایی و ماهواره ها استفاده می شوند می توانند به خودترمیمیِ شکستها و خش های خود در دمای زیر انجماد بپردازند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
راه حلی مؤثر و کم هزینه برای ذخیره انرژی خورشیدی

راه حلی مؤثر و کم هزینه برای ذخیره انرژی خورشیدی

چگونه می توان انرژی خورشیدی را برای استفاده در زمانی که تابش خورشید وجود ندارد ذخیره کرد؟ یک راه حل تبدیل انرژی خورشیدی به هیدروژن توسط الکترولیز آب است. این ایده به این صورت است که از الکتریسیته ای که توسط انرژی خورشیدی (پنلهای خورشیدی) بدست می آید برای تجزیه ملوکولهای آب به اکسیژن و هیدروژن استفاده شود. سپس هیدروژن خالص را می توان بعنوان منبع انرژی الکتریسیته ویا یک منبع سوختی استفاده کرد. اما دقیقاً همینجاست که موضوع پیچیده می شود. حتی با وجود فناوری های مختلفِ تولید هیدروژن و نتایج نوید بخش آزمایشگاهی، هنوز این روش بسیار ناپایدار و گران است و صرفاً برای استفاده های بزرگ تجاری دارای صرفه است. حال، رویکرد جدیدی توسط محققانِ سوئیسی عرضه شده است. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
تولید سوخت از دی اکسید کربن

تولید سوخت از دی اکسید کربن

در مطالعه ای جدید که توسط دپارتمان انرژی آرگونه از لابراتوار ملی آمریکا و دانشگاه ایلینویز در شیکاگو انجام شد، محققان موفق به یافتن راهی شدند تا با کمک نور آفتاب، دی اکسید کربن را به یک منبع قابل استفاده انرژی تبدیل کنند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
قهوه جوشی با قابلیت کشت قارچ

قهوه جوشی با قابلیت کشت قارچ

اگر از زمره عاشقان قهوه هستید و در عین حال قارچ هم از چاشنی های همیشگی غذاهای شماست احتمالاً از همین الان تصمیم قطعی برای خرید این دستگاه را خواهید گرفت. این دستگاه جالب توسط آدریان پرز طراح بارسایی طراحی و تولید شده است. دستگاه های قهوه جوش صرفاً دو دهم درصد از قهوه را تبدیل به نوشیدنی می کنند و مابقی بصورت تفاله دور ریخته می شود. گرچه استفاده از تفاله قهوه بعنوان بستری برای پرورش قارچ موضوع جدیدی نیست ولی در پشت دستگاهی که در ادامه بررسی می کنیم تفکر خلاقانه ای وجود دارد. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
پیشرفت تکنولوژی پهپادها

پیشرفت تکنولوژی پهپادها

پهپادها بزودی قادر خواهند بود همانند یک پرنده ویا یک حشره بالدار تصاویر محیط را دریافت کرده، پردازش نمایند و بدون نیاز به دخالت نیروی انسانی، رادار وحتی هدایت GPS ماهواره ای راه خود را بیابند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
بدنه و موتوری متفاوت برای نسل جدید جیپ Wrangler

بدنه و موتوری متفاوت برای نسل جدید جیپ Wrangler

شرکت جیپ به دنبال استفاده از تکنولوژی های فوق پیشرفته مهندسی، در نسل آینده ماشین های Wrangler خود است. استفاده از بدنه آلومینیومی و موتور توربوشارژر با اندازه کوچک تر، از اولین برنامه های این شرکت، برای رسیدن به این هدف است. این اقدام، پیروزی تکنیکی بزرگی برای این شرکت، در رقابت با مدل رقیب آن یعنی Land Rover Defender به ارمغان خواهد آورد.

مطالعه متن کامل
ببینید چگونه این مورچه های دیوانه سرگردان می شوند

ببینید چگونه این مورچه های دیوانه سرگردان می شوند

مورچه ها به عنوان مخلوقات کوشا و باهوشی شناخته شده اند، اما حتی این مخلوقات شگفت انگیز طبیعت راه خود را گم می کنند، بویژه زمانی که اشیاء بزرگی به سمت خانه حمل می کنند.

مطالعه متن کامل
رباتی نرم با انرژی نوری و کنترل لیزری

رباتی نرم با انرژی نوری و کنترل لیزری

برای دهه ها، دانشمندان سعی داشتند رباتی بسازند که بتواند براحتی از حالتهای مختلفِ حرکتی در طبیعت تقلید کند ولی قریب به اتفاق رباتهای ساخته شده از یک اسکلت سخت بهره می گرفتند و توسط محرکهای الکتریکی ویا پنوماتیکی نیروی حرکتی خود را تامین می کردند. موضوع ساخت رباتی با بدنی نرم، همانند کرمهای کوچک ویا «کرم صدپا» برای مهندسان به یک چالش تبدیل شده بود و چالش بزرگتر آن بود که می بایست این ربات را در اندازه ای بسیار کوچک می ساختند. به تمامی موضوعات فوق، مدیریت موضوعاتی مثل کنترل از راه دور ویا مولدهای نیرو را نیز اضافه کنید. محققان دانشکده فیزیک از دانشگاه ورشو مشکلات فوق را حل کردند و رباتی ساختند که شبیه لارو کرم صدپا می باشد که کمتر از یک بند انگشت طول بدنش است. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
چرا دویدن ما را خوشحال می‌کند؟

چرا دویدن ما را خوشحال می‌کند؟

شادی، احساس خوبِ زندگی، آزادی و انرژی که اغلبِ دونده‌ها تجربه می‌کنند فقط مرتبط با ترشح اندروفین در بدن نیست. نتایج پژوهشی جدید نشان داد دوپامین نیز به پدیده‌ی "سرخوشیِ دونده‌" ارتباط دارد. دوپامین، انتقال‌دهنده‌ی عصبیِ مهمی برای ایجاد انگیزه است.

مطالعه متن کامل
رازگشایی از دنیایی که در حرکت های ظریف چشم نهفته شده است

رازگشایی از دنیایی که در حرکت های ظریف چشم نهفته شده است

بدون آنکه بدانیم، چشم های ما مدام تصحیحات ظریفی را در راستای دید خود انجام می دهند. تا همین تازگی، هدف از این تصحیحات به خوبی شناخته شده نبود. اکنون گروهی از پژوهشگران آلمانی در دانشگاه Tübingen و انستیتوی Hertie این مسئله را حل کرده اند. آنها ارتباط مستقیمی را کشف کرده اند که بین حرکات چشم و تمرکز مورد نیاز برای درک محیط بینایی وجود دارد.

مطالعه متن کامل