פוטוסינתזה משופצרת / דיוויד ביילו

מדענים מקווים לייצר דלקים ביולוגיים שימושיים מבחינה כלכלית, על ידי שינוי הדרך שבה צמחים הופכים את אור השמש לאנרגיה כימית

כבר שנים שמדענים מנסים להבין מהי הדרך הטובה ביותר לגרום לצמחים לייצר דלקים ביולוגיים. הבעיה היא שתהליך הפוטוסינתזה, שבאמצעותו ממירים הצמחים את אור השמש לאנרגיה כימית קלה לאחסון, הוא תהליך בלתי יעיל עד מאוד. הצמחים הופכים רק 1% עד 3% מאור השמש לפחמימות. זאת אחת הסיבות לכך שגידולי תירס לשם ייצור אתאנול, ושאר הרעיונות הגרועים לייצור ביו-דלק, גוזלים שטחי אדמה גדולים כל כך. אך לצמחים יש גם יתרונות רבים: הם סופגים פחמן דו-חמצני בריכוזים נמוכים היישר מן האטמוספרה, וכשנגרם נזק לתא כלשהו בצמח, הוא יכול לתקן את עצמו.

לכן, לאחרונה מנסים מדענים לעצב מחדש את תהליך הפוטוסינתזה, כך שהאדם יוכל לייצר דלק “ירוק” יותר. הסוכנות האמריקנית לפרויקטים מחקריים מתקדמים בתחום האנרגיה, המכונה ARPA-e מימנה 10 פרויקטים כאלה עד כה, ורובם משתמשים בהנדסה גנטית כדי לשנות את הוראות ההפעלה של הצמח המקודדים בדנ”א וקובעים את צמיחתו, את אופי הפיגמנטים שלו וכיוצא בזאת. המענק הכספי הגדול ביותר, יותר מ-6 מיליון דולר, ניתן לאוניברסיטת פלורידה לצורך מחקר שמטרתו להנדס עצי אורן כדי שייצרו יותר טרפנטין, העשוי לשמש כדלק. פרויקט אחר, בניהולה של חברת Arcadia Biosciences מן העיר דייוויס שבקליפורניה, נועד לראשונה בהיסטוריה לגרום לעשבים הצומחים במהירות, כמו דוחן, לייצר שמן.

המדענים בעתיד אולי ייצרו צמח שחור שיבלע את אור השמש על כל צבעיו, או צמח שישתמש באור שאורך הגל שלו שונה כדי להניע שלבים שונים בתהליך הפוטוסינתזה. כיום משתמשים הצמחים באותו אורך גל בכל שלבי התהליך. לצמח מהונדס המייצר דלק ביולוגי עשויים להיות עלים קטנים יותר, כך שפחות אנרגיה תתבזבז על צמיחתו, או שהוא לא יאחסן את האנרגיה בצורת סוכרים, אלא יהפוך אותה מיד לפחמימנים, שבהם האדם יכול להשתמש כדלק.

המדענים המשתתפים בתכנית, המכונה PETRO (ראשי תיבות באנגלית של “צמחים מהונדסים להחלפת נפט”) יאלצו להתמודד גם עם אתגרים כמו אספקת מים מוגבלת להשקיה וחשדנות הציבור כלפי תוצרי ההנדסה הגנטית. כמו כן הם יצטרכו להתחרות בחוקרים המבקשים להחליף לגמרי את הפוטוסינתזה, כמו בפרויקט האלקטרו-דלק, ש-ARPA-e עצמה מקדמת ונועד לגרום לחיידקים לייצר פחמימנים, או במחקרים המתעתדים לבנות עלים מלאכותיים שישתמשו בחשמל שיופק בלוחות סולריים, כדי לפרק מולקולות מים לחמצן ולמימן שיכול לשמש כדלק. היום, לא די להיות סתם צמח ירוק.