آیا تولید برگ مصنوعی ممکن است؟

فتوسنتز یكی از مهم ترین فرایندهای زیستی بر روی زمین است. فتوسنتز به سیستم های زیستی اجازه می دهد تا انرژی را از خورشید بگیرند و از آن برای تولید غذا و سوخت استفاده كنند. اما می توان میزان بهره وری این فرایند زیستی را بیشتر كرد و به دنبال آن بازدهی بسیاری از محصولات كشاورزی را به میزان قابل توجهی افزایش داد.
محققانی که تحقیقاتشان بر زیست شناسی مصنوعی متمركز شده در تلاشند برگی مصنوعی تولید كنند كه قادر است انرژی خورشید را به سوخت مایع تبدیل كند.
آنها می گویند که خورشید انرژی اش را به صورت رایگان و آزاد در اختیار ما قرار می دهد اما استفاده از آن مشكل است. ما می توانیم از صفحات خورشیدی استفاده كنیم تا برق تولید كنیم. این درحالی است كه ذخیره این انرژی متناوب و مشكل است. برای همین آنها درتلاشند انرژی خورشید را به گونه ای به دست آورند كه در مواقعی كه بیشتر مورد نیاز است بتوانند از آن استفاده کنند.
به این ترتیب امیدوارند از واكنشی شیمیایی مشابه فتوسنتز استفاده كنند منتها در یك سیستم مصنوعی.
گیاهان انرژی خورشید را می گیرند و متمركز می كنند و از آن برای تجزیه آب به هیدروژن و اكسیژن بهره می برند. اكسیژن آزاد می شود و هیدروژن به سوخت قفل می شود.
هدف این است كه این روند در حوزه زیست شناسی مصنوعی هم تكرار شود و سیستم شیمیایی قوی و مشابه فتوسنتز طبیعی به وجود آورده شود.
این سیستم مصنوعی می تواند سیستم طبیعی را هم برای استفاده بهتر از انرژی خورشید بهبود بخشد. با هدایت فتوسنتز به سطح واكنش های اولیه، سطوح بسیار بالاتری از تبدیل انرژی ممكن می شود.
درنهایت میزان بیشتری از دی اكسیدكربن هم كه در نتیجه سوزاندن سوخت های فسیلی ایجاد می شود از جو گرفته می شود.
نحوه ایجاد واکنشی مانند فتوسنتز
پتانسیل فتوسنتز با تمركز بر آنزیمی به نام RuBisCO (ریبولوز-1، بیوفسفات كربوكسیلاز اكسیژناز5) افزایش می یابد. این آنزیم یك آنزیم كلیدی در فتوسنتز است كه به گیاهان اجازه می دهد دی اكسید كربن جو را برای ایجاد مولكلول های غنی از انرژی، مثل قندهای ساده مورد استفاده قرار دهند.
هدف این است که بهره برداری مؤثرتری از RuBisCO انجام گیرد و جلبك ممكن است روزی پاسخ لازم را فراهم كند. با تركیب فتوسنتز جلبكی و گیاهی به منظور بهبود بهره وری فتوسنتزی، ما شاهد افزایشی در میزان تولیدات كشاورزی خواهیم بود.
درواقع بعضی از گیاهان سازوكارهایی را به وجود آورده اند كه به مانند توربوشارژرهای زیستی عمل می كند و دی اكسید كربن را برای فتوسنتز مطلوب به دور آنزیم متمركز می كنند. این امر رشد و تولید را افزایش می دهد. فهم عمیق تر توربوشارژرهای زیستی ممكن است روزی به کار افزایش بازده محصولات بیاید.
راهی دیگر برای جلوگیری از هدر رفتن نور خورشید
یک راه دیگر هم برای جلوگیری از هدر رفتن انرژی خورشید در نظر گرفته می شود. سیانوباكتری ها (باكتری هایی كه انرژی شان را از فتوسنتز می گیرند) می توانند انرژی به مراتب بیشتری از آن چه مصرف می كنند را جذب كنند.
شاید بتوان از این انرژی اضافی با انتقال آن به یك سلول تولید سوخت استفاده کرد.