חלבון המצוי בקרומיות התאים של מיקרואורגניזמים קדמונים החיים במדבריות מלח עשוי לסלול דרך חדשה לרתימת אור השמש לשם יצירת דלק מימן ידידותי לסביבה; זאת לפי מחקר שביצעו חוקרים מהמעבדה הלאומית במשרד האנרגיה של ארה”ב.
סלע מלח מקליפורניה. צילום: shutterstock. הצבע הוורוד-סגלגל של גרגירי מלח המצויים בחלק ממדבריות קליפורניה ונוואדה נגרם על ידי מיקרו-אורגניזמים “אוהבי”-מלח המכונים halobacteria.
חלבון המצוי בקרומיות התאים של מיקרואורגניזמים קדמונים החיים במדבריות מלח עשוי לסלול דרך חדשה לרתימת אור השמש לשם יצירת דלק מימן ידידותי לסביבה; זאת לפי מחקר שביצעו חוקרים מהמעבדה הלאומית במשרד האנרגיה של ארה”ב.
חוקרת הננו-מדעיםElena Rozhkova ועמיתיה מהמעבדה הלאומית במשרד האנרגיה של ארה”ב שילבו צבען (פיגמנט) ששמו בקטריורודופסין (bacteriorhodopsin) יחד עם ננו-חלקיקים מוליכים-למחצה לשם פיתוח מערכת המסוגלת לנצל את אור השמש לייזום תהליך קטליטי המייצר דלק מימן.
חוקרים מודעים לשימוש בננו-חלקיקי דו-תחמוצת הטיטאניום לשם ביצוע תגובות המזורזות על ידי אור השמש עוד מתחילת שנות השבעים, כאשר חוקרים יפנים גילו כי אלקטרודה של דו-תחמוצת הטיטאניום הנחשפת לאור בהיר בתחום העל-סגול מסוגלת לבקע מולקולות מים במנגנון שנודע בשם המוכר “תוצא Honda-Fujishima ” (Honda-Fujishima effect). מאז ועד היום מדענים משקיעים מאמצים מתמשכים להרחבת השימוש הפוטוקטליטי בדו-תחמוצת הטיטאניום גם לתחום האור הנראה בספקטרום קרינת השמש. הפוטנציאל הרב הטמון בפוטו-זרזים אלו מעודד את המדענים לבצע שינויים והתאמות במאפיינים הכימיים שלהם, זאת בתקווה למצוא תגובה יותר ויותר יעילה, מסבירה החוקרת.
“דו-תחמוצת הטיטאניום לבדה מגיבה עם קרינה על-סגולה אך לא עם קרינת אור נראה, כך שאנו נאלצים להשתמש במולקולות ביולוגיות המופעלות על ידי האור כאבניי בניין להכנת מערכת משולבת שתוכל לנצל גם את הקרינה בתחום האור הנראה באופן יעיל,” אומרת החוקרת.
החוקרים מיקדו את מאמציהם בצבען בקטריורודופסין – האחראי לקבלת הצבע הסגול הבלתי-רגיל של מספר ממישורי המלח במדבריות קליפורניה ונוואדה – לאור העובדה כי הוא מנצל את אור השמש כמקור אנרגיה ומאפשר לו לתפקד בתור “משאבת פרוטונים”. משאבות פרוטונים הינם חלבונים המעוגנים ככלל בתוך קרומית התא ואחראיות על המעבר של פרוטונים מתוך התא לתווך החוץ-תאי.
במערכת החדשה שפותחה, הפרוטונים המסופקים על ידי חלבון הבקטריורודופסין מגיבים עם אלקטרונים חופשיים באתרים זעירים על גביי מתכת פלטינה המפוזרת בתוך מצע של דו-תחמוצת הטיטאניום. “ננו-חלקיקי הפלטינה הכרחיים לשם קבלת אזורי ייצור מוגדרים של מולקולת מימן,” מסביר אחד מהחוקרים. “מעניין לציין כי במערכות ביולוגיות הבקטריורודופסין אינו משתתף באופן טבעי בסוג תגובות זה,” אומרת החוקרת הראשית. “התפקיד הביולוגי הטבעי שלו כלל לא קשור ליצירת מימן. אולם כחלק ממערכת משולבת זו, הוא מסייע לתגובה כימית המייצרת מימן כתוצאה מחשיפה לאור נראה ובתנאים ידידותיים לסביבה.” מערכת ביו-פוטוקטליטית משולבת זו עולה בביצועיה על מערכות דומות רבות המייצרות מימן ותוכל להיות מועמדת ראויה לפיתוח התקנים יעילים לייצור אנרגיה ירוקה תוך ניצול מקורות בלתי נדלים – מי מלח ואור השמש.
