שימוש בקרני השמש לשם הפקת כימיקלים ואנרגיה

חוקרים גילו תהליך טבעי שאותו הם מגדירים בתור פוטוסינתזה הפוכה. במסגרת תהליך זה, האנרגיה האצורה בקרני השמש משמשת עבור הפירוק של קשרים כימיים, זאת במקום לשמש לבניית חומרים צמחיים, כפי שמתרחש בתהליך הפוטוסינתזה הטבעי.

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]

חוקרים מאוניברסיטת קופנהגן גילו תהליך טבעי שאותו הם מתארים בתור ‘פוטוסינתזה הפוכה’. במסגרת תהליך זה, האנרגיה האצורה בקרני השמש משמשת עבור הפירוק של קשרים כימיים, זאת במקום לשמש לבניית חומרים צמחיים, כפי שמתרחש בתהליך הפוטוסינתזה הטבעי. קרני השמש נאספות על ידי כלורופיל, אותה המולקולה עליה מתבסס תהליך הפוטוסינתזה. ביחד עם אנזים ספציפי ומולקולת הכלורופיל, האנרגיה האצורה בקרני השמש מפרקת את הביומסה הצמחית לקבלת כימיקלים, ביו-דלקים או תוצרים אחרים, שכיום מתקבלים במשך זמן רב יותר בשיטות אחרות. בזכות הגברת מהירות ההפקה תוך כדי צמצום הזיהום הסביבתי, בתגלית טמון הפוטנציאל להביא למהפכה בתחום של ייצור תעשייתי. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב-העת המדעי Nature Communications. “זהו ממש מהלך משנה מציאות שיוכל להביא למהפכה בייצור התעשייתי של דלקים וכימיקלים, תוך צמצום משמעותי של הזיהום הסביבתי”, מסביר החוקר הראשי.

“זה תמיד היה מתחת לאף שלנו, ועדיין אף אחד לא שם לב לכך: פוטוסינתזה דרך השמש לא רק מאפשרת לצמחים לשגשג, אלא שאת אותו העיקרון ניתן ליישם גם עבור הפירוק של חומר צמחי, תוך יצירתם של חומרים כימיים שימושיים אחרים. במילים אחרות, קרני שמש בעצם מניעות תהליכים כימיים. האנרגיה הכבירה האצורה באור השמש ניתנת לניצול לשם הנעת תהליכים מבלי להשקיע אנרגיה נוספת”, אומר החוקר הראשי, פרופסור Claus Felby. “משמעות התגלית היא כי נוכל להשתמש בשמש על מנת להפיק ביו-דלקים וביו-כימיקלים לטובת הייצור של חומרים מוגמרים, למשל, פלסטיק, באופן מהיר יותר, בטמפרטורה נמוכה יותר ובניצולת אנרגטית גבוהה יותר. בעזרת אנרגיית השמש חלק מהתגובות הללו, שכיום נמשכות כ-24 שעות, עשויות להסתיים תוך 10 דקות בלבד”. חוקרים גילו כי האנזימים הטבעיים מסוג מונואוקסיגנאזים (monooxygenases) המשמשים גם בהפקה התעשייתית של ביו-דלק, מסוגלים להגביר את היעילות שלהם בחשיפה לשמש.

“אנו משתמשים במונח ‘פוטוסינתזה הפוכה’ מאחר והאנזימים עושים שימוש בחמצן אטמוספירי ובקרני השמש על מנת לפרק ולהמיר את קשרי הפחמן שבצמחים, זאת במקום לסייע בשגשוג של צמחים ובייצור של חמצן כפי שמתרחש בפוטוסינתזה טבעית רגילה”, מסביר החוקר. החוקרים עדיין לא יודעים כיצד פוטוסינתזה הפוכה, העושה שימוש באור, כלורופיל ואנזימי מונואוקסיגנאזים, מתרחשת בטבע, אולם מחקרים רבים מצביעים על כך כי פטריות וחיידקים אכן מתבססים על התהליך הזה על מנת לנצל את הסוכרים ואת חומרי המזון האחרים האגורים בצמחים. ‘פוטוסינתזה הפוכה’ מסוגלת לפרק קשרים כימיים בין פחמן למימן, תכונה שאותה ניתן לנצל לשם ההמרה של מתאן למתאנול, שהוא דלק נוזלי, וזאת בתנאים מתונים. בתור חומר גלם, מתאנול הינו חומר חשוב מאוד, מאחר והוא שימושי ביותר בתעשייה הפטרוכימית לשם ייצור דלקים, חומרים וכימיקלים.

הידיעה על המחקר

תקציר המאמר