חוקרים משלוש פקולטות בטכניון פיתחו טכנולוגיה לייצור חשמל ומימן מחיידקים חיים

הטכנולוגיה שפורסמה בכתב העת Nature Communications מבוססת על הפוטוסינתזה הטבעית של חיידקים פוטוסינתטיים

כתב העת Nature Communications מציג טכנולוגיה חדשה שפותחה בטכניון, המאפשרת קציר של  אנרגיה מחיידקים פוטוסינתטיים – ציאנובקטריה. מדובר במשפחה של חיידקים הנפוצה באגמים, בימים ובסביבות רבות אחרות. חיידקים אלה פיתחו במהלך האבולוציה מנגנוני פוטוסינתזה המאפשרים להם לייצר עבור עצמם אנרגיה מאור השמש. יתר על כן, הם מייצרים אנרגיה גם בחשיכה באמצעות מנגנונים נשימתיים המבוססים על פירוק סוכר.

חשיבותם של החיידקים הפוטוסינתטיים רבה, שכן הם המקור לחמצן שבאטמוספרה ומקור חיוני של חומר אורגני (כגון סוכר) המהווה חוליה ראשונה בשרשרת המזון. באמצעות “אנטנה סולארית טבעית” (PBS) הם קולטים קרינת שמש בספקטרום רחב של עוצמות ואורכי גל – בין 400 ל-700 ננומטר – וכך מנצלים היטב את מקור האנרגיה הבלתי נדלה הזה. את אותה אנרגיה הם מנתבים אל מרכזי הריאקציה הכימית שבהם הם מפרקים מים, תוך יצירת זרם אלקטרונים ויוני מימן המשמשים לייצור אנרגיה כימית שבאמצעותה הם מייצרים לעצמם מזון.

המחקר שהתפרסם ב- Nature Communicationsנ ערך על ידי שלושה חברי סגל בטכניון: פרופ’ נעם אדיר מהפקולטה לכימיה ע”ש שוליך, פרופ’ גדי שוסטר מהפקולטה לביולוגיה ופרופ’ אבנר רוטשילד מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים. זאת תוך שיתוף פעולה בין הדוקטורנטים גדיאל סאפר ודן קלמן ועמיתיהם מבּוֹכוּם, גרמניה וממכון ויצמן למדע. שלושת חוקרי הטכניון שיתפו פעולה גם בעבר, בין השאר בהפקת אנרגיה מעלי תרד באמצעות אור השמש – מחקר שהתפרסם ב-2016 באותו כתב עת (Nature Communications).

בשנים האחרונות נערכו מחקרים רבים שבחנו את האפשרות להפיק אנרגיה ומימן מחיידקים פוטוסינתטיים, זאת מתוך הבנה שהתהליכים שהתפתחו בחיידקים אלה במהלך האבולוציה יעילים עשרות מונים מכל תהליך הנדסי שהאדם יצר עד היום. אחד החידושים במחקר הנוכחי הוא השימוש בחיידקים חיים, היודעים לתקן בזמן אמת את חלבוני הפוטוסינתזה הניזוקים. יתר על כן, קציר האנרגיה האמור אינו פוגע בחיידקים אלה.

חוקרי הטכניון יצרו מערכת להפקת אנרגיה הן מתהליך הפוטוסינתזה והן מהתהליך הנשימתי. פירוש הדבר הוא שהאנרגיה נאספת גם בשעות היום (פוטוסינתזה) וגם בחשיכה (נשימה). את האנרגיה הנאספת רתמו החוקרים לייצור חשמל שמנוצל ליצירת מימן גזי. חוקרים רבים מאמינים כיום שמימן הוא דלק העתיד, שכן כלי רכב המונעים במימן אינם פולטים שום זיהום, רק מים.

המערכת מבוססת על photocurrent – זרם חשמלי הנוצר כתוצאה מקרינה. החוקרים גילו כי מדובר בזרם יציב למדי המאפשר הפקה רציפה של מימן. להערכתם מדובר במקור אנרגיה מבטיח שכן זוהי אנרגיה נקייה שאינה מזהמת לא בשלב הייצור ולא בשלב השימוש בתוצריה (דלק מימן).

המחקר נתמך על ידי גופים רבים ובהם תוכנית האנרגיה ע”ש ננסי וסטיבן גרנד בטכניון (GTEP), מכון ראסל ברי לננוטכנולוגיה בטכניון (RBNI), המעבדה לחקר טכנולוגיות מימן בטכניון (HTRL), קרן אדליס, תוכנית I-CORE של ות”ת (הוועדה לתכנון ולתקצוב), קרן המדע הישראלית והקרן הדו-לאומית למדע ארה”ב-ישראל (BSF) וכן קרן המחקר הגרמני (DFG-DIP)