Αυστραλοί ανακάλυψαν ένζυμο που τρώει αέρα και παράγει ηλεκτρική ενέργεια

 medlabnews.gr iatrikanea

Επιστήμονες στην Αυστραλία ανακάλυψαν ένα ένζυμο βακτηρίου που μετατρέπει τον αέρα σε ηλεκτρική ενέργεια. Το ένζυμο είναι μία «φυσική μπαταρία» που χρησιμοποιεί τις μικρές ποσότητες υδρογόνου στην ατμόσφαιρα για να δημιουργήσει ηλεκτρικό ρεύμα. Ανοίγει έτσι, πιθανώς, ο δρόμος για την παραγωγή μίας νέας μορφής ανανεώσιμης ενέργειας φιλικής στο περιβάλλον.

Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Μόνας της Μελβούρνης, με επικεφαλής τον καθηγητή Κρις Γκρίνιγκ, οι οποίοι έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Nature», ανέφεραν ότι αρκετά βακτήρια χρησιμοποιούν το υδρογόνο του αέρα ως ενεργειακή πηγή που τους βοηθά να αναπτύσσονται. Τώρα, για πρώτη φορά μελέτησαν εξονυχιστικά ένα μη παθογόνο κοινό βακτήριο του εδάφους, το Mycobacterium smegmatis, και βρήκαν ένα ένζυμό του, το Huc, που είναι ικανό να «τρώει» αέρα και να παράγει ηλεκτρική ενέργεια.

Το εν λόγω ένζυμο, ονομάζεται Huc (προφέρεται «Huck»).

Oπως σημείωσε ο ερευνητής δρ Ρις Γκρίντερ, «το Huc είναι εντυπωσιακά αποτελεσματικό. Αντίθετα με όλα τα άλλα γνωστά ένζυμα και χημικούς καταλύτες, καταναλώνει υδρογόνο σε πολύ χαμηλά ατμοσφαιρικά επίπεδα, μόλις το 0,00005% του αέρα που αναπνέουμε».

Η έρευνα έδειξε ότι το Huc είναι δυνατό να αποθηκευθεί για μακρά χρονική περίοδο. «Είναι εντυπωσιακά σταθερό. Είναι δυνατό αυτό το ένζυμο να καταψυχθεί ή να θερμανθεί στους 80 βαθμούς Κελσίου, κρατώντας πάντα τη δύναμη να παράγει ενέργεια. Αυτό αντανακλά την ικανότητα του ενζύμου να βοηθά τα βακτήρια να επιβιώνουν στα πιο ακραία περιβάλλοντα, από την Ανταρκτική μέχρι τους κρατήρες ηφαιστείων και τα βάθη των ωκεανών», τόνισαν οι ερευνητές.

Η ανακάλυψη του Huc, αν και η έρευνα βρίσκεται ακόμη σε αρχικό στάδιο, ανοίγει τον δρόμο για την ανάπτυξη συσκευών παραγωγής ενέργειας από τον αέρα αντί από τον ήλιο ή τον άνεμο. Υπάρχουν, άλλωστε, και άλλα βακτήρια που διαθέτουν ένζυμα παρόμοια με το Ηuc.

«Φανταζόμαστε ότι μία ενεργειακή πηγή που θα περιέχει Huc θα μπορεί να τροφοδοτεί με ρεύμα μία γκάμα μικρών φορητών συσκευών που θα χρησιμοποιούν τον αέρα, όπως βιομετρικών αισθητήρων, συστημάτων παρακολούθησης του περιβάλλοντος, ψηφιακών ρολογιών, μικρών υπολογιστών κ.ά. Όμως, όταν το Huc τροφοδοτείται με περισσότερο υδρογόνο, παράγει και περισσότερο ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτό σημαίνει ότι θα μπορούσε να αξιοποιηθεί σε κυψέλες καυσίμων για να τροφοδοτεί με ενέργεια πιο πολύπλοκες συσκευές, όπως έξυπνα ρολόγια, έξυπνα κινητά τηλέφωνα, φορητούς υπολογιστές ή πιθανώς ακόμη και αυτοκίνητα», δήλωσε ο Γκρίντερ.

Συνεπώς, το επόμενο σημαντικό βήμα θα είναι η δυνατότητα παραγωγής του εν λόγω ενζύμου σε μεγάλες ποσότητες, έτσι ώστε μελλοντικά να μπορεί να αξιοποιηθεί για τη μαζική παραγωγή καθαρής ενέργειας.

Το βακτήριο που επιλέχθηκε ήταν το Mycobacterium smegmatis, το οποίο ανακαλύφθηκε το 1884 στην Αυστρία από έναν γιατρό, τον Sigmund Lustgarten, ο οποίος εξέταζε δερματικές ασθένειες. Παρά το γεγονός ότι απομονώθηκε σε αυτό το πλαίσιο, το M. smegmatis ζει γενικά στο έδαφος, δεν προκαλεί ασθένειες και είναι σχετικά καλά μελετημένο λόγω της χρήσης του ως πρότυπου οργανισμού για τον ξάδελφό του, τη φυματίωση.

Επίσης», σημείωσε, «ένα από τα πράγματα που είναι σημαντικά για τη μελέτη των βακτηρίων ή τον καθαρισμό των συστατικών είναι να μπορούμε να αλλάξουμε τα γονιδιώματά τους. Να προστεθούν γονίδια, να αφαιρεθούν και να εισέλθει λίγο επιπλέον DNA που επιτρέπει να γίνουν πιο καθαρά τα συμπλέγματα. Αυτά τα εργαλεία υπάρχουν για το M. smegmatis».

Το μέλος της ομάδας Ashleigh Kropp έκανε μεγάλο μέρος της εργαστηριακής δουλειάς, συμπεριλαμβανομένης της εξαγωγής του Huc από τα βακτηριακά κύτταρα.

»Διαπιστώσαμε ότι το Huc έχει ένα επιπλέον συστατικό που δεν γνωρίζαμε ότι υπήρχε», είπε.

«Χρησιμοποιώντας το, το Huc σχηματίζει ένα μεγάλο σύμπλεγμα, και όταν το αφαιρούμε, το Huc δεν σχηματίζει πια αυτό το μεγάλο σύμπλεγμα. Αποδεικνύεται ότι αυτό το συστατικό και το σύμπλοκο είναι πραγματικά σημαντικά για το πώς λειτουργεί η Huc στα κύτταρα».

Η εργαστηριακή εργασία έδειξε ότι το καθαρισμένο Huc μπορεί να αποθηκευτεί για μεγάλα χρονικά διαστήματα.

«Είναι πολύ σταθερό. Είναι δυνατόν να καταψύξουμε το ένζυμο ή να το θερμάνουμε στους 80° Κελσίου και να διατηρήσει τη δύναμή του να παράγει ενέργεια», επεσήμανε η Kropp. »Αυτό αντικατοπτρίζει ότι αυτό το ένζυμο βοηθά τα βακτήρια να επιβιώσουν στα πιο ακραία περιβάλλοντα».

Τι μπορεί να τροφοδοτήσει το Huc και πώς θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί;

«Ενώ υπάρχει πολλή δουλειά να γίνει ώστε να καταστεί αυτό πραγματικότητα, υπάρχει ένας αριθμός πιθανών εφαρμογών», είπε ο Δρ Grinter. «Η σύνθεση λεπτών χημικών ουσιών απαιτεί πολύ συγκεκριμένες τροποποιήσεις σε ένα μόριο, οι οποίες μπορεί να είναι δύσκολο να πραγματοποιηθούν χημικά. Το Huc θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει τα ηλεκτρόνια από μικρές ποσότητες υδρογόνου στον αέρα για να εκτελέσει αυτές τις χημικές τροποποιήσεις, στη βιομηχανική χημική σύνθεση».

Το Huc θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί ως αισθητήρας υδρογόνου. Το Huc παράγει ηλεκτρικό ρεύμα όταν υπάρχει υδρογόνο. Όταν το Huc τοποθετείται σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, αυτό το ρεύμα μπορεί να μετρηθεί για να προσδιοριστεί η συγκέντρωση υδρογόνου.

Επειδή το Huc μπορεί να οξειδώνει το υδρογόνο σε εξαιρετικά χαμηλές συγκεντρώσεις, ένας αισθητήρας που το ενσωματώνει θα είναι πολύ ευαίσθητος.

Πιθανώς η πιο ενδιαφέρουσα εφαρμογή του Huc είναι η τροφοδοσία μικρών ηλεκτρονικών συσκευών με αέρα ή χαμηλές συγκεντρώσεις υδρογόνου.

Αυτό θα σήμαινε ότι οι συσκευές αυτές θα τροφοδοτούνται από μια εξαιρετικά καθαρή και βιώσιμη πηγή ενέργειας. Επειδή η ποσότητα υδρογόνου που υπάρχει στον αέρα είναι τόσο μικρή, θα μπορούσε να εξαχθεί από αυτόν μόνο μια μικρή ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας.

Ωστόσο, εάν στις συσκευές αυτές προσφερόταν περισσότερο υδρογόνο, που παράγεται στην αναπτυσσόμενη οικονομία υδρογόνου, το Huc θα μπορούσε να παράγει σημαντικά περισσότερη ενέργεια.

«Μόλις παράγουμε το Huc σε επαρκείς ποσότητες», ανέφερε ο Δρ Grinter, «ο ‘ουρανός’ είναι κυριολεκτικά το όριο για τη χρήση του για την παραγωγή καθαρής ενέργειας».

«Εκτός από τις πιθανές εφαρμογές της έρευνας, το έργο αυτό είναι πραγματικά σημαντικό, διότι μπορεί να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε πώς λειτουργεί ο πλανήτης μας».

«Το 60% έως 80% των βακτηρίων στα εδάφη, ιδίως στα εδάφη που στερούνται θρεπτικών συστατικών, διαθέτουν ένζυμα όπως το Huc και απορροφούν συνεχώς υδρογόνο».

«Απορροφούν 70 εκατομμύρια τόνους υδρογόνου κάθε χρόνο, και αυτό διαμορφώνει τη σύνθεση της ατμόσφαιράς μας, γεγονός που καθιστά τη διαδικασία αυτή σημαντική για τη διαμόρφωση του κλίματος. Η κατανόηση της βιοχημείας αυτής της διαδικασίας μπορεί να μας επιτρέψει να την αξιοποιήσουμε για να σταθεροποιήσουμε το κλίμα μας στο μέλλον». 

Με πληροφορίες από ΑΠΕ-ΜΠΕ, neoskosmos.com