آیا تولید برگ مصنوعی ممکن است؟

فتوسنتز یکی از مهم ترین فرایندهای زیستی بر روی زمین است. فتوسنتز به سیستم های زیستی اجازه می دهد تا انرژی را از خورشید بگیرند و از آن برای تولید غذا و سوخت استفاده کنند. اما می توان میزان بهره وری این فرایند زیستی را بیشتر کرد و به دنبال آن بازدهی بسیاری از محصولات کشاورزی را به میزان قابل توجهی افزایش داد.

محققانی که تحقیقاتشان بر زیست شناسی مصنوعی متمرکز شده در تلاشند برگی مصنوعی تولید کنند که قادر است انرژی خورشید را به سوخت مایع تبدیل کند.

آنها می گویند که خورشید انرژی اش را به صورت رایگان و آزاد در اختیار ما قرار می دهد اما استفاده از آن مشکل است. ما می توانیم از صفحات خورشیدی استفاده کنیم تا برق تولید کنیم. این درحالی است که ذخیره این انرژی متناوب و مشکل است. برای همین آنها درتلاشند انرژی خورشید را به گونه ای به دست آورند که در مواقعی که بیشتر مورد نیاز است بتوانند از آن استفاده کنند.

به این ترتیب امیدوارند از واکنشی شیمیایی مشابه فتوسنتز استفاده کنند منتها در یک سیستم مصنوعی.

گیاهان انرژی خورشید را می گیرند و متمرکز می کنند و از آن برای تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن بهره می برند. اکسیژن آزاد می شود و هیدروژن به سوخت قفل می شود.

هدف این است که این روند در حوزه زیست شناسی مصنوعی هم تکرار شود و سیستم شیمیایی قوی و مشابه فتوسنتز طبیعی به وجود آورده شود.

این سیستم مصنوعی می تواند سیستم طبیعی را هم برای استفاده بهتر از انرژی خورشید بهبود بخشد. با هدایت فتوسنتز به سطح واکنش های اولیه، سطوح بسیار بالاتری از تبدیل انرژی ممکن می شود.

درنهایت میزان بیشتری از دی اکسیدکربن هم که در نتیجه سوزاندن سوخت های فسیلی ایجاد می شود از جو گرفته می شود.

نحوه ایجاد واکنشی مانند فتوسنتز

پتانسیل فتوسنتز با تمرکز بر آنزیمی به نام RuBisCO (ریبولوز-1، بیوفسفات کربوکسیلاز اکسیژناز5) افزایش می یابد. این آنزیم یک آنزیم کلیدی در فتوسنتز است که به گیاهان اجازه می دهد دی اکسید کربن جو را برای ایجاد مولکلول های غنی از انرژی، مثل قندهای ساده مورد استفاده قرار دهند.

هدف این است که بهره برداری مؤثرتری از RuBisCO انجام گیرد و جلبک ممکن است روزی پاسخ لازم را فراهم کند. با ترکیب فتوسنتز جلبکی و گیاهی به منظور بهبود بهره وری فتوسنتزی، ما شاهد افزایشی در میزان تولیدات کشاورزی خواهیم بود.

درواقع بعضی از گیاهان سازوکارهایی را به وجود آورده اند که به مانند توربوشارژرهای زیستی عمل می کند و دی اکسید کربن را برای فتوسنتز مطلوب به دور آنزیم متمرکز می کنند. این امر رشد و تولید را افزایش می دهد. فهم عمیق تر توربوشارژرهای زیستی ممکن است روزی به کار افزایش بازده محصولات بیاید.