تبدیل نور خورشید و باکتری به کود شیمیایی

درست مانند همتایان طبیعی خود، برگ های مصنوعی نیز برای تولید سوخت زیر نور آفتاب قرار میگیرند. انرژی خورشیدی در برگ های مصنوعی برای شکستن آب به هیدروژن و اکسیژن استفاده میشود و سپس به منظور ایجاد سوخت های مایع و الکتریسیته بکار میرود. اکنون گروهی از هاروارد تابع جدیدی را به این مجموعه افزوده اند یعنی تبدیل برگ های مصنوعی به کارخانه های کم هزینه و پرتابل کود شیمیایی.

برای اولین بار دنیل نوکرا در سال ۲۰۱۱ اقدام به توسعه ی برگ مصنوعی کرد. این برگ مصنوعی نور خورشید را به منظور تحریک یک واکنش شیمیایی جذب مینماید که طی آن آب به هیدروژن و اکسیژن تجزیه میشود پیش از آنکه این گازها برای تولید مجموعه ای از محصولات نهایی، جمع آوری شوند. در اولین تجسم خود، این سیستم برای تغذیه ی یک باکتری نیازمند به هیدروژن جهت تولید سوخت های مایع به منظور استفاده در سلول های سوخت بکار گرفته شد و نسخه های بعدی آن با آب خالص استفاده شده و درنهایت خروجی آن به گونه ای تقویت ده که ده برابر کارایی فتوسنتز طبیعی ارائه میشود.

سیستم مشابه ای در دانشگاه فنی آیندهوون طراحی شده که میتواند مجموعه ای از مواد شیمیایی ازجمله داروها و آفت کش ها را تولید کند و پژوهشگران هاروارد بر این باورند که برگ حیاتی آنها میتواند کاربردهای مشابه ای فراتر از تولید الکتریسیته داشته باشد. به این منظور آنها به تولید کود شیمیایی توجه کرده اند.

نوکرا گفته است: «سوخت فقط گام اول است. رسیدن به این نقطه نشان میدهد میتوان پلتفرم سنتز شیمیایی تجدیدپذیری داشت. ما اکنون عمومیت این سیستم را با استفاده از نوع دیگری باکتری که نیتروژن را برای از جو برای تولید کود شیمیایی استخراج میکند، نشان داده ایم.»

باکتری مورد نظر Xanthobacter است که هیدروژن تولید شده از سوی برگ را مصرف کرده و همچنین با گرفتن کربن دی اکسید هوا میتواند بیوپلاستیک تولید کند و درون باکتری به عنوان سوخت ذخیره شده که در نهایت برای ایجاد آمونیاک – یک ترکیب نیتروژن هیدروژنی که اساس کود شیمیایی را تشکیل میدهد – بکار میرود.

این گروه سیستم جدید را بر روی برگ تربچه طی پنج دوره محصول دهی آزمایش کرده و به این نتیجه دست یافتند که گیاهانی که کود شیمیایی ساخته شده از برگ بیونیک را دریافت میکنند دارای رشد ۱٫۵ برابر بیشتر از گروه کنترل میباشند. این گروه اعلام داشته این نشانه ای از زیست پذیری تکنولوژی برای کمک به کشاورزان در کشورهای در حال توسعه جهت بهبود بازده ی محصولات میباشد.

این پژوهش طی هفته ی اخیر در نشست ملی و نمایش جامعه ی شیمیایی امریکا ارائه شده است.