تحويل السكر إلى أحد جزيئات البنزين

باستخدام بكتيريا وأحد المُحفزات

TT

تحويل السكر إلى أحد جزيئات البنزين

نجح باحثون من جامعة بافالو الأميركية في تحويل الغلوكوز (نوع من السكر) إلى أوليفينات (نوع من الهيدروكربون، وواحد من عدة أنواع من الجزيئات التي يتكون منها البنزين)، وهي خطوة تمثل تقدما في الجهود المبذولة لخلق وقود حيوي مستدام.
وخلال الدراسة المنشورة 22 نوفمبر (تشرين الثاني) الماضي، في دورية «نيتشر كميستري»، أبلغ الفريق البحثي عن تفاصيل عملية إنتاج الأوليفينات، والتي تعتمد على خطوتين، تستخدم فيها ميكروبات آكلة للسكر، ومحفز.
والأوليفينات تشكل نسبة صغيرة من جزيئات البنزين، لكن العملية التي طورها الفريق البحثي يمكن تعديلها في المستقبل لتوليد أنواع أخرى من الهيدروكربونات أيضاً، بما في ذلك بعض المكونات الأخرى للبنزين، كما أن الأوليفينات لها تطبيقات غير الوقود، حيث يتم استخدامها في مواد التشحيم الصناعية وفي صناعة البلاستيك.
ولإنتاج الأوليفنات، بدأ الباحثون بتغذية سلالات من الإشريكية القولونية التي لا تشكل خطرا على صحة الإنسان بالغلوكوز، فهذه الميكروبات مدمنة للسكر، بل أسوأ من أطفالنا، كما تقول تشن وانغ، الأستاذة المساعدة في جامعة بافالو للعلوم البيولوجية، وخبيرة في البيولوجيا التركيبية، والباحث الرئيسي بالدراسة، مازحة في تقرير نشره الموقع الإلكتروني للجامعة، بالتزامن مع نشرها.
وتمت هندسة الإشريكية القولونية في التجارب وراثياً لإنتاج مجموعة من أربعة إنزيمات تقوم بتحويل الغلوكوز إلى مركبات تسمى الأحماض الدهنية «هيدروكسي - 3»، وعندما استهلكت البكتيريا الجلوكوز، بدأت أيضاً في إنتاج الأحماض الدهنية.
ولإكمال التحول، استخدم الفريق محفزاً يسمى خامس أكسيد النيوبيوم (Nb2O5) لتقطيع الأجزاء غير المرغوب فيها من الأحماض الدهنية في عملية كيميائية، مما ينتج عنه المنتج النهائي: الأوليفينات.
وحدد العلماء الإنزيمات والمحفز من خلال التجربة والخطأ، واختبروا جزيئات مختلفة بخصائص تهيئ نفسها للمهام المطروحة.
تقول وانغ «قمنا بدمج أفضل ما يمكن أن تفعله الأحياء مع ما يمكن للكيمياء أن تفعله بشكل أفضل، وقمنا بتجميعهما معاً لإنشاء هذه العملية المكونة من خطوتين، وباستخدام هذه الطريقة، تمكنا من إنتاج الأوليفينات مباشرة من الجلوكوز».
ويأتي الغلوكوز من عملية التمثيل الضوئي التي تسحب ثاني أكسيد الكربون من الهواء، ومن ثم فإن إنتاج الوقود الحيوي من مصادر متجددة مثل الغلوكوز لديه إمكانات كبيرة لتطوير تكنولوجيا الطاقة الخضراء، كما تؤكد وانغ.
وتضيف «تنتج النباتات الغلوكوز من خلال عملية التمثيل الضوئي، والتي تحول ثاني أكسيد الكربون والماء إلى أكسجين وسكر، لذا فإن الكربون الموجود في الغلوكوز - ولاحقاً الأوليفينات - هو في الواقع من ثاني أكسيد الكربون الذي تم سحبه من الغلاف الجوي».
ومع ذلك، هناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم فوائد الطريقة الجديدة وما إذا كان يمكن زيادتها بكفاءة لصنع الوقود الحيوي أو لأغراض أخرى.
وأحد الأسئلة الأولى التي يجب الإجابة عليها هو مقدار الطاقة التي تستهلكها عملية إنتاج الأوليفينات، فإذا كانت تكلفة الطاقة مرتفعة للغاية، فستحتاج التكنولوجيا إلى التحسين لتكون عملية على المستوى الصناعي.
ويهتم العلماء أيضاً بزيادة العائد، فحالياً، يتطلب الأمر 100 جزيء غلوكوز لإنتاج حوالي 8 جزيئات أوليفين، ونحن نرغب في تحسين هذه النسبة، مع التركيز على دفع بكتيريا الإشريكية القولونية لإنتاج المزيد من الأحماض الدهنية «هيدروكسي – 3»، لكل غرام من الغلوكوز المستهلك.


مقالات ذات صلة

رئيس «أبل» للمطورين الشباب في المنطقة: احتضنوا العملية... وابحثوا عن المتعة في الرحلة

تكنولوجيا تيم كوك في صورة جماعية مع طالبات أكاديمية «أبل» في العاصمة السعودية الرياض (الشرق الأوسط)

رئيس «أبل» للمطورين الشباب في المنطقة: احتضنوا العملية... وابحثوا عن المتعة في الرحلة

نصح تيم كوك، الرئيس التنفيذي لشركة «أبل»، مطوري التطبيقات في المنطقة باحتضان العملية بدلاً من التركيز على النتائج.

مساعد الزياني (دبي)
تكنولوجيا خوارزمية «تيك توك» تُحدث ثورة في تجربة المستخدم مقدمة محتوى مخصصاً بدقة عالية بفضل الذكاء الاصطناعي (أ.ف.ب)

خوارزمية «تيك توك» سر نجاح التطبيق وتحدياته المستقبلية

بينما تواجه «تيك توك» (TikTok) معركة قانونية مع الحكومة الأميركية، يظل العنصر الأبرز الذي ساهم في نجاح التطبيق عالمياً هو خوارزميته العبقرية. هذه الخوارزمية…

عبد العزيز الرشيد (الرياض)
خاص تم تحسين هذه النماذج لمحاكاة سيناريوهات المناخ مثل توقع مسارات الأعاصير مما يسهم في تعزيز الاستعداد للكوارث (شاترستوك)

خاص «آي بي إم» و«ناسا» تسخّران نماذج الذكاء الاصطناعي لمواجهة التحديات المناخية

«الشرق الأوسط» تزور مختبرات أبحاث «IBM» في زيوريخ وتطلع على أحدث نماذج الذكاء الاصطناعي لفهم ديناميكيات المناخ والتنبؤ به.

نسيم رمضان (زيوريخ)
خاص يمثل تحول الترميز الطبي في السعودية خطوة حاسمة نحو تحسين كفاءة النظام الصحي ودقته (شاترستوك)

خاص ما دور «الترميز الطبي» في تحقيق «رؤية 2030» لنظام صحي مستدام؟

من معالجة اللغة الطبيعية إلى التطبيب عن بُعد، يشكل «الترميز الطبي» عامل تغيير مهماً نحو قطاع طبي متطور ومستدام في السعودية.

نسيم رمضان (لندن)
خاص من خلال الاستثمارات الاستراتيجية والشراكات وتطوير البنية التحتية ترسم السعودية مساراً نحو أن تصبح قائداً عالمياً في التكنولوجيا (شاترستوك)

خاص كيف يحقق «الاستقلال في الذكاء الاصطناعي» رؤية السعودية للمستقبل؟

يُعد «استقلال الذكاء الاصطناعي» ركيزة أساسية في استراتيجية المملكة مستفيدة من قوتها الاقتصادية والمبادرات المستقبلية لتوطين إنتاج رقائق الذكاء الاصطناعي.

نسيم رمضان (لندن)

«طلاء شمسي» لشحن السيارات الكهربائية

«طلاء شمسي» لشحن السيارات الكهربائية
TT

«طلاء شمسي» لشحن السيارات الكهربائية

«طلاء شمسي» لشحن السيارات الكهربائية

في المستقبل، يمكن تغطية سيارتك الكهربائية بألواح شمسية -ليس فقط على السطح، ولكن في جميع أنحاء الجزء الخارجي من السيارة- بفضل طلاء خاص.

وسواء كنت تقود السيارة أو كانت متوقفة، يمكن لهذا الطلاء الشمسي حصاد الطاقة من الشمس، وتغذيتها مباشرة في بطارية السيارة الكهربائية. وربما يبدو الأمر وكأنه شيء من كتاب خيال علمي، إلا أن الباحثين في شركة «مرسيدس بنز» يعملون بالفعل على جعله حقيقة واقعة.

عجينة لطلاء شمسي

يقول يوشين شميد، المدير الأول لشركة «مستقبل القيادة الكهربائية» Future Electric Drive، للبحث والتطوير في «مرسيدس بنز» الذي يستكشف تقنيات السيارات الكهربائية في مرحلة مبكرة: «نحن ننتج مئات السيارات يومياً، وسطح السيارة مساحة كبيرة جداً. فلماذا لا نستخدمها لحصاد طاقة الشمس؟».

إن المادة الكهروضوئية التي تبحثها شركة مرسيدس تشبه العجينة التي يمكن وضعها على الجزء الخارجي للسيارة. يبلغ سمك الطلاء 5 ميكرومترات فقط (يبلغ متوسط ​​سمك شعرة الإنسان نحو 100 ميكرومتر)، ويزن 50 غراماً لكل متر مربع.

وقود شمسي لآلاف الكيلومترات

في سيارة رياضية متعددة الأغراض SUV متوسطة الحجم، ستشغل العجينة، التي تطلق عليها مرسيدس أيضاً طلاءً شمسياً، نحو 118 قدماً مربعة، ما ينتج طاقة كافية للسفر لمسافة تصل إلى 7456 ميلاً (12000 كم) في السنة. ويشير صانع السيارة إلى أن هذا يمكن أن يتحقق في «ظروف مثالية»؛ وتعتمد كمية الطاقة التي ستحصدها هذه العجينة بالفعل على قوة الشمس وكمية الظل الموجودة.

طلاء مرن لصبغ المنحنيات

ولأن الطلاء الشمسي مرن، فيمكنه أن يتناسب مع المنحنيات، ما يوفر فرصاً أكبر للطاقة الشمسية مقارنة بالألواح الشمسية الزجاجية التي لا يمكن ثنيها، وبالتالي لا يمكن تثبيتها إلا على سقف السيارة أو غطاء المحرك. يُعدّ الطلاء الشمسي جزءاً من طلاء متعدد الخطوات يتضمن المادة الموصلة والعزل والمادة النشطة للطاقة الشمسية ثم الطلاء العلوي لتوفير اللون (يشكل كل ذلك معاً عمق بـ5 ميكرونات).

لن تكون هذه الطبقة العلوية طلاءً قياسياً للسيارات لأنها لا تحتوي على صبغة. بدلاً من ذلك، ستبدو هذه الطبقة أشبه بجناح الفراشة، كما يقول شميد، وستكون مادة شديدة الشفافية مليئة بجسيمات نانوية تعكس الأطوال الموجية من ضوء الشمس. كما يمكن تصميمها لتعكس أطوال موجية محددة، ما يعني أن السيارات الكهربائية يمكن أن تأتي بألوان أخرى.

وسيتم توصيل الطلاء الشمسي أيضاً عن طريق الأسلاك بمحول طاقة يقع بجوار البطارية، الذي سيغذي مباشرة تلك البطارية ذات الجهد العالي.

تأمين أكثر من نصف الوقود

ووفقاً للشركة فإن متوسط سير ​​السائق هو 32 ميلاً (51.5 كم) في اليوم؛ هناك، يمكن تغطية نحو 62 في المائة من هذه الحاجة بالطاقة الشمسية من خلال هذه التكنولوجيا. بالنسبة للسائقين في أماكن مثل لوس أنجليس، يمكن أن يغطي الطلاء الشمسي 100 في المائة من احتياجات القيادة الخاصة بهم. يمكن بعد ذلك استخدام أي طاقة إضافية عبر الشحن ثنائي الاتجاه لتشغيل منزل شخص ما.

على عكس الألواح الشمسية النموذجية، لا يحتوي هذا الطلاء الشمسي على أي معادن أرضية نادرة أو سيليكون أو مواد سامة أخرى. وهذا يجعل إعادة التدوير أسهل. وتبحث «مرسيدس» بالفعل عن كيفية جعل إصلاحه سهلاً وبأسعار معقولة.

يقول شميد: «قد تكون هناك مخاوف من أن سيارتي بها خدش، فمن المحتمل أن لوحة الباب معطلة»، وتابع: «لذا اتخذنا احتياطاتنا، ويمكننا بسهولة القول إن لدينا تدابير مضادة لذلك».

ومع تغطية المركبات الكهربائية بالطلاء الشمسي، لن يكون هناك الكثير من القلق بشأن شبكات الشحن، أو الحاجة إلى قيام الناس بتثبيت أجهزة الشحن في منازلهم. ويقول شميد : «إذا كان من الممكن توليد 50 في المائة أو حتى أكثر من قيادتك السنوية من الشمس مجاناً، فهذه ميزة ضخمة ويمكن أن تساعد في اختراق السوق».

ومع ذلك، فإن حقيقة طلاء سيارتك الكهربائية بالطاقة الشمسية لا تزال على بعد سنوات، ولا تستطيع مرسيدس أن تقول متى قد يتم طرح هذا على طرازاتها، لكنها شركة واثقة من تحقيقها.

* مجلة «فاست كومباني»، خدمات «تريبيون ميديا».

اقرأ أيضاً