מדענים הצליחו לפתח זרז המסוגל לבצע פעילות המתרחשת בטבע בלבד: לקלוט חנקן מהאוויר ולהמיר אותו לאמוניה בתנאים רגילים. השיטה החדשה, המבוססת על חשיפה לאור, מספקת הבטחה עתידית לייצור דשנים ידידותיים יותר לסביבה. אמוניה היא המרכיב החיוני בייצור דשנים.
[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
מדענים הצליחו לפתח זרז המסוגל לבצע פעילות המתרחשת בטבע בלבד: לקלוט חנקן מהאוויר ולהמיר אותו לאמוניה בתנאים רגילים. השיטה החדשה, המבוססת על חשיפה לאור, מספקת הבטחה עתידית לייצור דשנים ידידותיים יותר לסביבה. אמוניה היא המרכיב החיוני בייצור דשנים.
מדענים מאוניברסיטת נורת’ווסטרן הצליחו לפתח זרז המסוגל לבצע פעילות הקיימת בטבע בלבד: לקחת חנקן מהאוויר ולהמיר אותו לאמוניה בתנאים רגילים. השיטה החדשה, המבוססת על חשיפה לאור, מספקת הבטחה עתידית לייצור דשנים ידידותיים יותר לסביבה. אמוניה הוא המרכיב החיוני בהפקת דשנים.
“זוהי תגובה חשובה במיוחד – ההמרה של חנקן לאמוניה תחת תנאים מתונים,” אמר הפרופסור לכימיה Mercouri G. Kanatzidis, שהוא החוקר הראשי. “מדענים רותקו מעל 60 שנים מהאנזים הביולוגי ששמו ניטרוגנאז (ויקיפדיה) המאיץ את התגובה המתרחשת בטבע. כעת, הצלחנו ליצור העתק מוצלח של התהליך הטבעי.” צמחים מסתמכים על קיבוע חנקן מהאוויר לשם ההזנה והצמיחה שלהם. צמחים אינם מסוגלים לספוג חנקן ישירות מהאוויר ולכן חומר ההזנה חייב שלהם להיות בצורה מחוזרת של אמוניה.
השיטה החדשה מנצלת את האור לשם האצת התגובה החשובה הזו. התהליך, במסגרתו נעשה שימוש באנרגיה סולארית לשם המרת חנקן לאמוניה, מספק חלופה יעילה לתהליך הבר-בוש (ויקיפדיה), התהליך התעשייתי התקני לייצור אמוניה, מסביר החוקר. תהליך זה צורך יותר מאחוז אחד מאספקת האנרגיה העולמית. ממצאי המחקר פורסמו זה מכבר בכתב-העת המדעי Journal of the American Chemical Society.
למרות שהמחקר נמצא כעת רק בשלב של הוכחת רעיון, זוהי תגלית מרשימה ביותר. חנקן הוא חומר עקשן במיוחד – הוא אינו נוטה להגיב עם חומרים אחרים וקשה מאוד לפרק את הקשרים הכימיים שבתוכו. על מנת לתקוף את הבעיה הזו, החוקרים פנו לחומר מעניין שהם הצליחו לפתח קודם לכן, קלכוג’ל (ויקיפדיה). חומר נקבובי זה, בדומה לספוגית, מספק שטח פנים עצום, יכולת המהווה יתרון גדול. החוקרים יצרו קלכוג’ל בעזרת צבר של אטומי ברזל, מוליבדן וגופרית (FeMoS), אותן המתכות העיקריות הנמצאות באנזים ניטרוגנאז המחזר את החנקן. “בזכות פני השטח הגדולים שלו, החומר מספק מספר עצום של אתרים פעילים שבתוכם יכול החנקן להגיב בזמן זרימתו דרך החומר,” מסביר החוקר.
יתרון נוסף של קלכוג’ל הוא הצבע שלו: הוא שחור, ולכן הוא מסוגל לקלוט אור רב. החוקרים סברו כי הם מסוגלים לנצל את האנרגיה הזו. “חשבנו לעצמנו – בואו נערוך ניסוי משוגע – נעורר את הקלכוג’ל בעזרת אור, נספק לו חנקן ונבדוק אם החומר יחזר את החנקן לאמוניה. להפתעתנו הגדולה, ראינו ייצור של אמוניה, כאשר הקצב שלו הלך ונעשה נמרץ יותר ויותר עם חלוף הזמן.” הצבר שבתוך הקלכוג’ל (FeMoS) נקשר לחנקן ומחזר אותו בעזרת שימוש ב-8 אלקטרונים, תוך יצירת שתי מולקולות אמוניה ומולקולת מימן אחת, בדיוק כפי שמתרחש בטבע. החוקרים אימתו כי אכן האמוניה הנוצרת מקורה בחנקן ולא במקור אחר. “זרז הקלכוג’ל עמיד במיוחד – הוא מסוגל לפעול שוב ושוב ושוב,” מסביר החוקר הראשי. “לשם השוואה, ניטרוגנאז במערכות ביולוגיות חייב לבנות את עצמו מחדש כל 8-6 שעות.” למרות זאת, החוקרים הגיעו למסקנה כי הזרז שלהם איטי יותר מהאנזים הטבעי פי 1000. “אולם לאנזים הטבעי היו 3-2 מיליארדי שנים להתפתח,” מצטדק החוקר הראשי. “אנו שמחים לגלות כי החומר שלנו מחזר חנקן ממש כמו האנזים הטבעי. זוהי נקודת התחלה מצוינת ועכשיו אנו מנסים להבין כיצד בדיוק פועל החומר הזה וכיצד ניתן להגביר את קצב הפעילות שלו. כבר הצלחנו להשיג התקדמות בכיוון זה.”
