Bakteriyel Enzim Havadan Elektrik Üretiyor

Bazı bakteriler, atmosferdeki küçük hidrojen konsantrasyonlarından elektrik üretme yeteneğine sahiptir. Sorumlu enzimi tespit eden bilim insanları, bunu organizmanın geri kalanı olmadan yapabileceğini gösterdiler ve az miktarda elektrikle çalışabilen cihazları şarj etmenin uzun ömürlü yollarının yolunu açtılar. Keşif ayrıca hidrojen olarak depolanan enerjinin daha verimli bir şekilde yakalanmasına izin verebilir ve hatta belirli uygun yerlerde toplu güç üretmenin yeni bir yolunu sağlayabilir.

Merak odaklı araştırmanın değerinden şüphe duyanlar için, bir klasik haline gelebilecek yeni bir örnek geldi. Monash Üniversitesi'nden bir ekip, belirli bakterilerin dayanıklılığıyla ilgilenirken, çevreyi kirletmeyen temiz elektrik veya en azından daha iyi enerji depolama olabilecek bir şeye rastladılar.

Yazarlar, Mycobacterium smegmatis'in hayatta kalmasının anahtarının, hidrojeni atmosfer altı konsantrasyonlara kadar yakalayabilen ve onu bir enerji kaynağı olarak kullanabilen Huc enzimi olduğunu keşfettiler. Ayrıca yeni makalelerinde Huc'un yapısını öğrendiklerini ve bunun bir örneğini bir elektrik devresine yerleştirip akım geçirebileceklerini duyuruyorlar.

Profesör Chris Greening, IFLScience'a, doktorası için mikobakteriler üzerinde çalıştığını söyledi ve “Yiyecek hiçbir şey olmadan hayatta kalma yetenekleriyle ünlüdürler. Atmosferden enerji kullanmaya geçtikleri bu çok basit ama zarif keşfi yaptım.” dedi. İşin sırrı, havadaki milyonda 0,5 kısım (ppm) hidrojendi.

Greening, bunun metanı parçalayan kimyasal reaksiyonlar ve fosil yakıtların yanması gibi insan faaliyetleri dahil olmak üzere çeşitli kaynaklardan geldiğini açıkladı. Greening, "Yaklaşık yüzde 20'si biyolojik." diye ekledi. "Azot fiksasyonu sırasında bir miktar hidrojen salınır. Çoğu geri dönüştürülür, ancak önemli bir miktarı kaçar." Bu hidrojenin yaklaşık dörtte üçü sonunda bakteriler tarafından Huc veya buna benzer bir şey kullanarak uzaklaştırılır.

Yanan hidrojen, türbinleri çalıştırabilecek ısıyı açığa çıkarır ve yakıt hücreleri, hidrojenin kimyasal potansiyelinden elektrik üretir - ancak bu yaklaşımların her ikisi de atmosferde normal olandan çok daha yüksek konsantrasyonlara dayanır.

On yıl sonra teknoloji, Greening'in meslektaşlarıyla konuya geri dönebileceği ve mikobakterilerin bu başarıyı nasıl gerçekleştirdiğini öğrenebileceği kadar gelişti.

Dr. Rhys Grinter, bir açıklamada, "Gerçekten yapmak istediğimiz şey, Huc'u atmosferik hidrojeni yakalayabilen bir bakteriden izole etmekti. Bu, yapılması zor bir şey, çünkü çoğu zaman bu çevresel bakterilerin yetiştirilmesi zordur. Bu nedenle, önce bakterileri büyütmek, sonra kırmak ve ardından bu tek bileşeni izole etmeye çalışmak için kimyayı kullanmak için bir dizi yeni yöntem geliştirdik." dedi.

Ekip, Huc'un şaşırtıcı derecede dirençli olduğunu, donmaya veya 80°C'ye kadar ısıtılmaya dayandığını öğrendi. Grinter'ın da belirttiği gibi, bakterilerin en zorlu ortamlarda hayatta kalmasına yardımcı olmak için olması gerekiyor.

Huc'un moleküler modeli.

 

Huc'un en olası insan uygulaması, hayvanlar üzerindeki künyeler gibi yalnızca küçük bir elektrik damlasına ihtiyaç duyan uzak konumlardaki aletlere güç sağlamaktır. Diğer kullanımlar elektrik üretimini içermez.

Grinter, "İnce kimyasalların sentezi, bir molekülde kimyasal olarak gerçekleştirilmesi zor olabilen çok özel modifikasyonlar gerektirir. Huc, endüstriyel kimyasal sentezde bu kimyasal modifikasyonları gerçekleştirmek için havadaki az miktardaki hidrojenden elektronları kullanabilir." diyor.

Hidrojeni güneş ve rüzgar enerjisi için bir depolama mekanizması olarak kullanmaya yönelik büyük planlarla, odak noktasının çoğu, suyu elektrolize ederek hidrojeni elde etmenin daha verimli yollarını bulmaktı. Ancak, enerji serbest bırakıldığında büyük kayıplar olur ve buradaki iyileştirmeler de eşit derecede değerli olacaktır.

Greening, IFLScience'a, Huc'un mevcut yöntemlerden daha yavaş olacağını ve bu nedenle bunların yerini alma olasılığının düşük olduğunu söyledi. "İdeal olarak hibrit bir çözüm istersiniz. Hidrojenin çoğunu elde etmek için geleneksel bir yöntem kullanın ve ardından son nefesi çıkarmak için Huc'u kullanın. Çok daha dayanıklı olacaktır.” dedi.

Greening, mevcut yakıt hücrelerinin hidrojendeki oksijen veya karbon monoksit gibi safsızlıklardan kolayca zarar gördüğünü de sözlerine ekledi. "Huc zehirlere karşı inanılmaz derecede toleranslıdır, ve saf olmayan atık akımlarından hidrojeni yakalamak için kullanılabilir." dedi.

Şaşırtıcı derecede büyük miktarlarda hidrojenin yeraltında hapsolduğu yerler var. Hatta Mali'deki bir köy, bir yer altı kaynağından yararlanılarak karbon emisyonu olmadan elektriklendi. Hidrojen muhtemelen bu tür yerlerde sızarak daha yüksek ortam konsantrasyonları yaratır ve Greening, Huc'un alternatiflerinin sağlayamadığı durumlarda önemli miktarlarda temiz güç sağlamak için onu yakalayabileceğini söyledi.

Bu tür yerlerin ne kadar yaygın olduğu hala bilinmiyor, ancak son keşifler beklediğimizden daha fazlasının olabileceğini gösteriyor.

Makale Nature dergisinde yayınlandı.

Bu içerik IFLSCIENCE’da yayınlanmıştır.