اكتشف العلماء إنزيمًا يحول الهواء إلى كهرباء

اكتشف باحثون أستراليون إنزيمًا يمكنه تحويل الهواء إلى طاقة.

اكتشف باحثون أستراليون إنزيمًا قادرًا على تحويل الهواء إلى طاقة. الدراسة التي نشرت مؤخرا في المجلة المرموقة طبيعة، يوضح أن الإنزيم يستخدم كميات صغيرة من الهيدروجين في الهواء لتوليد تيار كهربائي. يمهد هذا الاختراق الطريق لتطوير الأجهزة التي يمكن أن تولد حرفيًا الطاقة من الهواء الرقيق.

تم هذا الاكتشاف من قبل فريق من العلماء بقيادة الدكتور ريس جرينتر ، آشلي كروب ، دكتوراه. طالب ، والبروفيسور كريس جريننج من معهد اكتشاف الطب الحيوي بجامعة موناش في ملبورن ، أستراليا. أنتج الفريق ودرس إنزيمًا مستهلكًا للهيدروجين مصدره بكتيريا توجد عادة في التربة.

أظهر العمل الأخير الذي قام به الفريق أن العديد من البكتيريا تستخدم الهيدروجين من الغلاف الجوي كمصدر للطاقة في البيئات الفقيرة بالمغذيات. قال البروفيسور غريننغ: “لقد عرفنا منذ بعض الوقت أن البكتيريا يمكنها استخدام أثر الهيدروجين الموجود في الهواء كمصدر للطاقة لمساعدتها على النمو والبقاء على قيد الحياة ، بما في ذلك في تربة أنتاركتيكا ، والحفر البركانية ، وأعماق المحيط”. “لكننا لم نعرف كيف فعلوا ذلك ، حتى الآن.”

في هذا طبيعة بالورق ، استخرج الباحثون الإنزيم المسؤول عن استخدام الهيدروجين الجوي من بكتيريا تسمى المتفطرة اللطخة. أظهروا أن هذا الإنزيم ، المسمى Huc ، يحول غاز الهيدروجين إلى تيار كهربائي.

يلاحظ الدكتور غرينتر أن “Huc ذات كفاءة غير عادية. على عكس جميع الإنزيمات والمحفزات الكيميائية المعروفة الأخرى ، فإنه يستهلك حتى الهيدروجين تحت مستويات الغلاف الجوي – أقل من 0.00005٪ من الهواء الذي نتنفسه. “

استخدم الباحثون العديد من الأساليب المتطورة للكشف عن المخطط الجزيئي لأكسدة الهيدروجين في الغلاف الجوي. لقد استخدموا الفحص المجهري المتقدم (cryo-EM) لتحديد هيكلها الذري ومساراتها الكهربائية ، ودفعوا الحدود لإنتاج بنية الإنزيم الأكثر حلًا التي أبلغت عنها هذه الطريقة حتى الآن. استخدموا أيضًا تقنية تسمى الكيمياء الكهربائية لإثبات أن الإنزيم المنقى ينتج الكهرباء بتركيزات الهيدروجين الدقيقة.

يُظهر العمل المخبري الذي قامت به السيدة كروب أنه من الممكن تخزين Huc المنقى لفترات طويلة.

إنه مستقر بشكل مذهل. يمكن تجميد الإنزيم أو تسخينه إلى 80 درجة[{” attribute=””>Celsius, and it retains its power to generate energy,” Ms. Kropp said. “This reflects that this enzyme helps bacteria to survive in the most extreme environments.”

Huc is a “natural battery” that produces a sustained electrical current from air or added hydrogen. While this research is at an early stage, the discovery of Huc has considerable potential to develop small air-powered devices, for example as an alternative to solar-powered devices.

The bacteria that produce enzymes like Huc are common and can be grown in large quantities, meaning we have access to a sustainable source of the enzyme. Dr. Grinter says that a key objective for future work is to scale up Huc production. “Once we produce Huc in sufficient quantities, the sky is quite literally the limit for using it to produce clean energy.”

Reference: “Structural basis for bacterial energy extraction from atmospheric hydrogen” by Rhys Grinter, Ashleigh Kropp, Hari Venugopal, Moritz Senger, Jack Badley, Princess R. Cabotaje, Ruyu Jia, Zehui Duan, Ping Huang, Sven T. Stripp, Christopher K. Barlow, Matthew Belousoff, Hannah S. Shafaat, Gregory M. Cook, Ralf B. Schittenhelm, Kylie A. Vincent, Syma Khalid, Gustav Berggren and Chris Greening, 8 March 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-05781-7