מערכת חדשה להפקת דלק מימני

חוקרים ממשרד האנרגיה בארה”ב פיתחו מערכת ביו-היברידית להמרת אור למימן – מערכת המבוססת על התגובה שבין חלבונים צמחיים פוטוסינתטיים לבין פולימרים סינתטיים.

פוטוסינתזה, התהליך הטבעי המתבצע ע”י צמחים, אצות וזנים אחדים של חיידקים, מאפשרת המרת אנרגיה של אור שמש לאנרגיה כימית, ותומכת ברוב צורות החיים המצויות על-פני כדור הארץ. מזה זמן רב שחוקרים מקבלים השראה מפוטוסינתזה על-מנת לפתח חומרים חדשים המנצלים את אנרגית השמש לשם הפקת חשמל ודלק.

החוקרים ממשרד האנרגיה של ארה”ב מקרבים אותנו צעד אחד נוסף לעבר פיתוח מערכת המרה סולארית סינתטית. הם הצליחו להדגים, בעזרת שיטה מעבדתית מתקדמת (small-angle neutron scattering, SANS), כי חלבוני התצמיד מנצל-האור מסוג II (LHC-II) מסוגלים להתארגן עצמאית יחד עם פולימרים לקבלת מבנה של קרומית סינתטית ולאפשר הפקת מימן.

החוקרים מדמים בעיני רוחם פיתוח של מערכות המרת-אור מפיקות-אנרגיה הדומות לאופן שבו צמחים ואורגניזמים פוטוסינתטיים אחרים ממירים אור לאנרגיה, בדומה לתאים פוטו-וולטאיים המפיקים דלק מימני.

“פיתוח מערכת סינתטית ממירת-אור המתקנת את עצמה מהווה אתגר לא פשוט. היכולת לשלוט במבנה ובארגון של חומרים אלו לשם קבלת תיקון-עצמי חשובה מכיוון שמערכות דומות מתפרקות עם הזמן ומאבדות מיעילותן,” מסביר החוקר Hugh O’Neill מהמעבדה של המרכז לביולוגיה מולקולארית מבנית.

“זוהי הדוגמא הראשונה אי-פעם בהיסטוריה המדעית של חלבון המשנה את פעילותו של פולימר סינתטי. ניתן יהיה לנצל את היכולת הזו על-מנת להטמיע מנגנונים של תיקון עצמי במערכות עתידיות להמרת אור לחשמל,” מוסיף ואומר החוקר.

החוקרים הראו כי כאשר מכניסים את התצמיד לסביבה שומנית המכילה את הפולימרים, מתרחשת ביניהם תגובה המובילה לקבלת משטחים דמויי לוחיות דקות הדומים לאלו הנמצאים בקרומיות פוטוסינתטיות טבעיות.

היכולת של התצמיד המוגדר (LHC-II) לכפות את ההתארגנות של פולימרים מבניים לכדי מצב מסודר ורב-שכבתי – במקום מצב מפוזר וחסר-סדר – תוכל להוביל לפיתוח אפשרי של מערכות ביו-היברידיות ממירות-אור. מערכות אלו תאפשרנה פיתוח של זגוגיות קולטות-אור בעלות שטח-פנים גבוה המשתמשות בחלבונים המשולבים יחד עם זרז (כגון פלטינה) על-מנת להמיר את אור השמש למימן, שיוכל לשמש כדלק. ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי Energy & Environmental Science.

הידיעה על המחקר