.
.
انسان نه تنها آتش، بلکه الکتریسیته را نیز رام کرده است. البته، در واقع ما اولین موجوداتی روی زمین نبودیم که این کار را انجام دادیم. همان‌طور که اغلب اتفاق می‌افتد، باکتری‌ها و آرکی‌ها1 اینجا هم از ما جلوتر بودند - شاید میلیاردها سال!
در واکنش‌های ردوکس (احیا) در سلول‌های انسان، الکترون‌های موجود در یاخته از یک مولکول به مولکول دیگر منتقل می‌شوند. اگر دیگر اکسیژنی وجود نداشته باشد که به عنوان عامل اکسیدکننده برای خروج الکترون‌ها از زنجیره تنفسی سلول عمل کند، با مشکل مواجه می‌شویم.
در سال ۱۹۸۶، دِرِک لاولی2 و الیزابت فیلیپس3 از سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده در ویرجینیا، باکتری‌ای را از رسوبات یک رودخانه استخراج و توصیف کردند که یون‌های آهن را احیا می‌کند4. این موجود کوچک که بعداً نام «ژئوباکتر»5 را به خود گرفت، نیازی به جذب آهن ندارد - می‌تواند در تماس مستقیم با مواد معدنی رشد کند و الکترون‌ها را به بیرون منتقل کند.
این روش به ظاهر عجیب را «تنفس خارج سلولی» می‌نامند، که توسط میکروارگانیسم‌های دیگری مانند Shewanella oneidensis نیز انجام می‌شود. چنین "دهنده‌های الکترون" را می‌توان در فاضلاب نیز یافت و حتی می‌توان از آنها برای تولید برق استفاده کرد. علاوه بر این، در رسوبات رودخانه‌ای، میکروارگانیسم‌هایی وجود دارند که می‌توانند الکترون‌ها را مستقیماً از خارج دریافت کنند، چه از محیط اطراف و چه از شرکای همزیست با تنفس خارج سلولی.
محققان در حدود 10 سال پیش "کابل‌ها" یا "سیم‌های" زنده‌ای را کشف کرده‌اند، مثلاً بین آرکی‌های متانوتروف بی‌هوازی (باکتری‌هایی که در محیط با غلظت بالای متان، و اکسیژنِ کم زندگی می‌کنند) و باکتری‌های کاهنده‌ی سولفات به سولفیت. (در این خصوص به مقاله باکتری‌های کابلی: شگفتی‌های الکتریکی دنیای میکروبی مراجعه کنید.)
چیزی که ما در آن زمان نمی‌دانستیم، این بود که "باکتری کابلی6" با وضعیت «کاندیداتوس» به نام «الکترونِما»7 به عنوان میکروب سال ۲۰۲۴ معرفی خواهد شد!
.
الکترون‌ها به عنوان ماده مغذی
میریام روزنباوم8، استاد زیست‌شناسی سنتزی و رئیس بیوتکنیکوم در مؤسسه تحقیقاتی لایبنیتس برای تحقیقات مواد طبیعی و زیست‌شناسی عفونت در ینا-آلمان تأیید می‌کند که: "این حوزه تحقیقاتی با میکروارگانیسم‌های الکتروژن آغاز شد که می‌توانند الکترون‌ها را به بیرون منتقل کنند و در یک الکترود جریان تولید کنند. حدود ۱۵ سال است که می‌دانیم این فرآیند برعکس نیز کار می‌کند و برخی میکروارگانیسم‌ها می‌توانند از انرژی الکتریکی برای فرآیندهای متابولیکی استفاده کنند!"
روزنباوم در اینجا به سادگی به الکترون‌هایی اشاره نمی‌کند که به طور طبیعی در توده‌های زیستی مبادله می‌شوند یا از مواد معدنی محیطی سرچشمه می‌گیرند. او در مورد «الکترودهای فنی»، صحبت می‌کند که جریان الکتریکی را مانند سیم به یک محیط هدایت می‌کنند. بنابراین، همان‌طور که روزنباوم به روشنی بیان می‌کند، می‌توان میکروب‌ها را "با الکترون‌ها تغذیه کرد". این انرژی تأمین‌شده توسط ارگانیسم‌ها برای سنتز بیومولکول‌ها از دی‌اکسید کربن استفاده می‌شود. بنابراین، این ایده مطرح می‌شود که از جریان الکتریکی برای تولید ترکیبات شیمیایی، مانند مواد اولیه، با کمک میکروارگانیسم‌ها استفاده شود.
اگر جریان الکتریکی از منابع انرژی تجدیدپذیر تأمین شود، این می‌تواند یک جایگزین یا مکمل دوستدار محیط زیست برای روش‌های تولید سنتی ترکیبات شیمیایی باشد.
محققان بنابراین تمرکز خود را به ویژه بر روی باکتری‌ها و آرکی‌هایی قرار داده‌اند که می‌توانند الکترون‌ها را جذب کنند و از انرژی الکتریکی کاتد با بار منفی استفاده کنند. این کار را بسته به گونه‌ها به روش‌های مختلف انجام می‌دهند. برخی میکروارگانیسم‌ها الکترون‌ها را مستقیماً جذب می‌کنند و برای انجام این کار باید به شکل یک «بیوفیلم» روی کاتد رشد کنند.
در گونه‌های دیگر، این فرآیند از طریق واسطه‌های ردوکس مانند فلاوین‌ها9 انجام می‌شود. در این حالت، میکروارگانیسم‌ها به صورت پلانکتون در محلول شناور هستند. واسطه‌ها به عنوان ناقل یا «شاتل الکترون» عمل می‌کنند که در کاتد بارگیری می‌شوند و بار خود را در سلول تخلیه می‌کنند، قبل از اینکه در کاتد دوباره به یک عامل کاهنده "بازسازی" شوند.
میکروب‌ها همچنین می‌توانند از انتقال غیرمستقیم الکترون استفاده کنند. در این حالت، در الکترود یک الکترولیز اتفاق می‌افتد که به عنوان مثال هیدروژن تولید می‌کند، یا در کاتدهای طراحی‌شد‌ی ویژه، با افزودن دی‌اکسیدکربن، متانول یا اسید فرمیک نیز تولید می‌شود. سلول این مولکول‌ها را جذب می‌کند و از آنها به عنوان عامل کاهنده استفاده می‌کند.
روزنباوم می‌گوید: "نمونه‌های معمول کاربرد برای سنتز الکتریکی میکروبی بر اساس ارگانیسم‌هایی است که به صورت اجباری بی‌هوازی هستند و در محیط طبیعی خود از هیدروژن استفاده می‌کنند. متابولیسم هیدروژن این میکروب‌ها به طور طبیعی بسیار شبیه به سنتز الکتریکی میکروبی عمل می‌کند."
برای صنعت، سنتز الکتریکی مولکول‌های آلی، به ویژه متان، جالب‌ترین موضوع است. بنابراین، تصادفی نبود که اولین مطالعه مفهومی منتشر‌شده در سال ۲۰۰۹ در مورد «الکترومتان‌زایی10» بود. این بیوشیمی‌دان توضیح می‌دهد: "در چنین سیستم‌هایی از متان‌زاها استفاده می‌شود. این‌ها باکتری نیستند، بلکه آرکی‌ها هستند". در بین آرکی‌ها نیز ارگانیسم‌هایی وجود دارند که می‌توانند هیدروژن یا الکترون‌ها را جذب کنند. "نکته زیبا در مورد متان این است که به خودی خود از محلول خارج می‌شود. شما نیازی به تصفیه مایع ندارید، بلکه محصول را مستقیماً دریافت می‌کنید."
.
آرکی‌های الکتریکی
شرکت Planegger Electrochaea از آرکی‌ها به صورت تجاری در فرآیند موسوم به Power-to-Gas11 یا به اختصار P2G استفاده می‌کند تا با استفاده از برق تولید‌شده از انرژی‌های تجدیدپذیر و دی‌اکسید کربن، متان تجدیدپذیر سنتز کند که آن را BioCat Methan می‌نامند. متأسفانه، ما از ایل شرکت پاسخی به درخواست‌های خود در مورد آرکی‌های مورد استفاده توسط Electrochaea یا جزئیات فنی سنتز الکتریکی-میکروبی استفاده‌شده دریافت نکردیم.
با این حال، توصیف شماتیک در وب‌سایت شرکت (electrochaea.com) نشان می‌دهد که الکترولیز برای تولید هیدروژن در بخش جداگانه‌ای از تأسیسات انجام می‌شود و هیدروژن تولید‌شده همراه با دی‌اکسید کربن به بیورآکتور حاوی آرکی‌ها برای سنتز متان هدایت می‌شود.
یکی از چالش‌ها، حفظ حیات باکتری‌ها یا آرکی‌ها در طول کشت و در عین حال ادغام آنها در الکتروشیمی است. روزنباوم توضیح می‌دهد: "دو الکترود سلول الکتروشیمیایی باید نزدیک به هم قرار گیرند، در غیر این صورت ولتاژ و مقاومت بالایی در سیستم ایجاد می‌شود". با سلول‌های الکتروشیمیاییِ Hشکل کلاسیک، که در آنها محفظه‌های آند و کاتد به شکل H توسط یک پل نمکی به هم متصل می‌شوند، نمی‌توان پیشرفت زیادی داشت. سلول‌های Hشکل اگرچه با بازدهی کم برای آزمایش‌های سطح آزمایشگاهی مناسب هستند، اما نمی‌توان آنها را در مقیاس‌های بزرگ‌تر استفاده کرد. با این حال، اگر الکترودها خیلی نزدیک به هم قرار گیرند، در آند اکسیژن ناخواسته تولید می‌شود.
این پژوهشگر تأکید می‌کند: "اکسیژن برای «ارگانیسم‌های بی‌هوازی اجباری12» سمی است".
برای اینکه میکروارگانیسم‌ها در طول کشت به خوبی رشد کنند، باید نیازهای آنها را شناخت. اما این کار چندان ساده نیست. بنابراین، برخی از گروه‌ها بر روی کشت‌های مختلط تمرکز می‌کنند که به عنوان مثال از لجن فاضلاب جدا می‌شوند. اگرچه دقیقاً مشخص نیست که کدام باکتری‌ها و آرکی‌ها در آن وجود دارند، اما در میان پژوهشگران، این باور وجود دارد که آنها بازده بهتری نسبت به کشت‌های خالص دارند. روزنباوم و سایر محققان در یک بررسی اخیر در مورد این موضوع بحث کرده‌اند (Trends Biotechnol. doi.org/nd3g).
.
روزنباوم کشت‌های خالص را ترجیح می‌دهد: "به محض اینکه ارگانیسم‌ها را خوب مطالعه و درک کنیم، کشت‌های خالص پتانسیل بسیار بالاتری برای موفقیت دارند. می‌توان آنها را کنترل کرد، از نظر ژنتیکی تغییر داد و به طور هدفمند متابولیسم را دستکاری کرد تا تولید محصول بهبود یابد یا محصولات جدید ایجاد شود. این کار با کشت‌های مختلط امکان‌پذیر نیست!"
در میان باکتری‌هایی که روزنباوم می‌خواهد فیزیولوژی آنها را بهتر درک کند، Clostridium ljungdahlii نیز وجود دارد. سال گذشته، او و همکارانش توانستند ثابت کنند که این باکتری نیازی به تماس مستقیم با الکترود ندارد، بلکه از هیدروژن به عنوان منبع غیرمستقیم الکترون استفاده می‌کند13. این یافته‌ها برای طراحی سیستم‌های کارآمد و به عنوان مثال، تخمین اینکه آیا می‌توان از کل حجم واکنش استفاده کرد یا به یک کاتد با سطح بزرگ نیاز است، مهم هستند.
متان یا اسید استیک مولکول‌های معمولی اما نسبتاً ساده‌ای هستند که در سنتز الکتریکی میکروبی تولید می‌شوند. این دو ترکیب را می‌توان بدون میکروب و فقط با استفاده از برق نیز تولید کرد.
روزنباوم خاطرنشان می‌کند: "اما قدم گذاشتن به سمت تولید مولکول‌های بزرگ‌تر و با ارزش‌تر به صورت خالص الکتروشیمیایی و بدون میکروارگانیسم‌ها دشوار است - هر چه زنجیره‌های کربنی طولانی‌تر شوند، محصولات نیز ناخالص‌تر می‌شوند - با این محصولِ مخلوط (ناخالص و غیریکنواخت) در نهایت کار زیادی نمی‌توان انجام داد!" در مقابل، آنزیم‌های میکروارگانیسم‌ها واکنش‌های بسیار انتخابی را کاتالیز و تسریع می‌کنند. با مسیر متابولیکی مناسب، یک مولکول مشخص به دست می‌آید - در صورت لزوم، حتی به صورت اِنانتیومر14 خالص. بنابراین، روزنباوم امکانات سنتز الکتریکی میکروبی را کمتر در ذخیره‌سازی انرژی به شکل سوخت‌ها می‌بیند، بلکه به عنوان فرصتی برای مسیرهای تولید تا مواد ارزشمند تخصصی ارزیابی می‌کند: "اسیدهای آمینه یا مواد دارویی را می‌توانیم مستقیماً با انرژی خورشیدی تولید کنیم!"
.
تلاش‌های سخت برای متقاعد کردن
اینکه چگونه می‌توان از مطالعات «اثبات مفهوم15» در مقیاس آزمایشگاهی به سمت کاربردهای صنعتی سنتز الکتریکی-میکروبی حرکت کرد، موضوعی است که گروه پژوهشگران به سرپرستی «فالک هارنیش16» در مرکز تحقیقاتی هلمهولتز برای تحقیقات محیط زیست - UFZ در لایپزیگ-آلمان به آن می‌پردازد. او نیز در دو مقاله‌ی ذکر شده تحت هدایت روزنباوم همکاری داشته است. این دو گروه به طور مداوم با هم همکاری نزدیک داشته و تبادل نظر می‌کنند.
این بیوشیمی‌دان توضیح می‌دهد: "برای اینکه صنعتکاران شروع به صحبت جدی با ما کنند، باید فرآیندها را حداقل در مقیاس لیتری توصیف و مقیاس‌پذیر کنیم. برای این کار، فرمانتورهای معمولی به نام راکتورهای همزن‌دار وجود دارند". هم زدن و گازدهی در این راکتورها مشکلی ندارد.
هارنیش محدودیت‌ها را نیز بیان می‌کند: "اما با این زیرساخت‌های کلاسیک راکتور نمی‌توان مطالعات الکتروبیوتکنولوژی انجام داد". گروه لایپزیگ بنابراین الکتروبیورآکتورهایی برای حجم‌های ۵۰۰ میلی‌لیتر تا یک لیتر طراحی کرده‌اند. هارنیش تأکید می‌کند: "چنین چیزی را هنوز نمی‌توانید خریداری کنید".
.
.در این راکتور، تکنیک هم‌زدن و گازدهی باید با کنترل و تنظیم الکتروشیمیایی هماهنگ شود. الکترودها باید تا حد امکان نزدیک به هم قرار گیرند. اما نباید اکسیژن سمی از آند به میکروب‌های بی‌هوازی برسد.
به جای سلول‌های Hشکل با پل یونی، تیم هارنیش از یک «غشای تبادل یونی17» استفاده می‌کند. او فاش می‌کند: "این غشاها معمولاً در سلول‌های سوختی یا نمک‌زدایی آب، آب‌شیرین‌کن‌ها، استفاده می‌شوند. بنابراین می‌توان آنها را به صورت تجاری خریداری کرد". غشا محفظه را به دو بخش تقسیم می‌کند، و با وجود این که دو الکترود از هم جدا شده‌اند، اما یون‌ها می‌توانند به صورت انتخابی از میان غشا جریان یابند. در بررسی ذکر شده در نشریه Trends in Biotechnology، ساختار شماتیک الکتروبیورآکتور نشان داده شده است.
هارنیش می‌گوید که ده سال کار در این دستگاه سرمایه‌گذاری شده است. او یکی از پیش‌نیازهای مهم برای بهینه‌کاوی18 را چنین نام می‌برد: "ما اکنون می‌توانیم فرآیندهای بیوتکنولوژی را با و بدون الکتروشیمی اجرا کنیم و بر روی همان زیرساخت با هم مقایسه کنیم. زیرا طبیعتاً می‌خواهید دیگر پژوهشگران و در حالت ایده‌آل نمایندگان صنعت را متقاعد کنید که برق منجر به تولید بیشتر زیست‌توده و ترکیبات شیمیایی قابل استفاده می‌شود." هارنیش با لبخند اضافه می‌کند: "همه این‌ها را مهندسان می‌خواهند بدانند تا سپس بتوانند سرمایه‌گذاران را نیز متقاعد کنند".
نزدیکی به آند در این مورد برای ارگانیسم‌های بی‌هوازی مشکلی ایجاد نمی‌کند، حتی اگر هارنیش در حال حاضر نتواند جزئیات بیشتری ارایه دهد. اما این را فاش می‌کند: "در سیستم ما اکسیژن تولید نمی‌شود - ما یک ماده دیگر را اکسید می‌کنیم!" در بلندمدت، برنامه‌ریزی شده است که واکنش‌های شیمیایی مفیدی نیز در آند انجام شود. به عنوان مثال، محصولات کاتد می‌توانند در آنجا بیشتر پردازش شوند. هارنیش می‌گوید: "می‌توان از اسیدهای آلی، آلکان‌های با زنجیره متوسط و بلند تولید کرد، این موضوع قبلاً نشان داده شده است".
"در ادبیات علمی گاهی اوقات با اصطلاح سلول ۲۰۰ درصدی مواجه می‌شوید"، او ادامه می‌دهد و می‌گوید که این اصطلاح را چندان دوست ندارد. اما: "این اصطلاح نشان می‌دهد که نه تنها در یک الکترود، بلکه در هر دو الکترود ارزش‌افزایی اتفاق می‌افتد."
دیرک هولتمان19، رئیس بخش الکتروبیوتکنولوژی در مؤسسه فناوری کارلسروهه (KIT) آلمان، نیز از میکروارگانیسم‌های تغذیه‌کننده از الکترون هیجان‌زده است. هولتمان به یک نکته مهم اشاره می‌کند: "یک سوال رایج این است که چگونه با در دسترس بودنِ غیریکنواخت جریان الکتریکی کنار بیاییم. ما نشان داده‌ایم که اگر به میکروب‌ها به مدت ۲۴ ساعت تغذیه با دی‌اکسیدکربن یا جریان برق قطع شود و سپس دوباره روشن شود، ارگانیسم‌ها در عرض چند دقیقه دوباره فعال می‌شوند و به بهره‌وری عادی خود می‌رسند!" بنابراین، کمبود برق و دوره‌های گرسنگی، میکروارگانیسم‌ها را آشفته نمی‌کنند.
برای گروه هولتمان، موضوع «توسعه‌ی کمّی و افزایش ظرفیت» محصولات این فن‌آوری نیز مساله‌ی روز است. به طور خاص، برای الکترومتان‌زایی با Methanococcus maripaludis، کارلسروهه‌ای‌ها پنج سال پیش راکتورهای الکتروبیوتکنولوژی برای حجم‌های تا ۵۰ لیتر طراحی کرده‌اند20.
مانند روزنباوم، هولتمان نیز می‌خواهد فیزیولوژی باکتری‌ها و آرکی‌های مورد مطالعه را بهتر درک کند. او از خود می‌پرسد: "چرا اصلاً میکروارگانیسم‌ها باید الکترون‌ها را از الکترود جذب کنند؟" از آنجایی که فرآیند تکامل میکروب‌ها برای استفاده از برقِ تولید‌شده توسط انسان طراحی نشده است، هولتمان پایه‌های ضروری برای این هدف را بهینه‌سازی می‌کند. او توضیح می‌دهد: "از طریق تکامل تطبیقی آزمایشگاهی، می‌توانیم ارگانیسم‌ها را به استرس عادت دهیم". به عنوان مثال، محققان به تدریج غلظت نمک را افزایش می‌دهند. میکروب‌هایی که به بهترین وجه از طریق جهش‌های تصادفی تطبیق یافته‌اند، بیشتر تکثیر پیدا می‌کنند و در نهایت به شرایطی عادت می‌کنند که با الکتروشیمی و فیزیولوژی سازگار است.
.
میکروب‌های الکترون‌خوار، بیوپلاستیک تولید می‌کنند
هولتمان نیز به محصولات نهایی با ارزش بالاتر که بیش از یک یا دو اتم کربن دارند، چشم دوخته است. طبیعت در این زمینه پیشگام بوده است. او توضیح می‌دهد: "باکتری‌های اکسیدکننده‌ی هیدروژن وجود دارند که به طور طبیعی بیوپلاستیک پلی‌هیدروکسی‌بوتیرات (PHB) تولید می‌کنند." گروه او به دنبال راه‌هایی برای تولید مولکول‌های دیگر با استفاده از این میکروب‌ها است. هولتمان به عنوان مثال از «ترپن‌ها21»، الکل‌ها و اسیدهای آلی نام می‌برد. او تاکید می‌کند: "و یا تولید حتی یک پلیمر بهتر از نوع طبیعی آن". به همین دلیل، تیم او از نظر مولکولی نیز به سراغ میکروارگانیسم‌های "سازگار با الکترون" می‌رود. اما نمی‌توان یک بیوپلاستیک را به سادگی مانند یک پپتید کوچک به صورت نوترکیب به دست آورد. در عوض، باید مسیرهای متابولیکی کامل را در یک ارگانیسم ایجاد کرد و به آن شیمی مورد نظر را "آموخت". برای این کار، محققان ابتدا باید آبشارهای آنزیمی را، که فرآیندهای بیوشیمیایی سلولی را تسریع کرده و به آن جهت معین می‌دهند، درک کنند. هولتمان اطمینان می‌دهد که برای بسیاری از مسیرهای بیوسنتزی، مراحل میانی و ترکیبات واسطه شناخته شده‌اند. "در سنتز ترپن، ما باید ۹ پروتئین را وارد می‌کردیم، و این کار نسبتاً خوب جواب داد"، او به آزمایش‌هایی اشاره می‌کند که نتایج آنها را او و همکارانش در سال ۲۰۱۸ منتشر کردند22.
تیم او که از باکتری Cupriavidus necator به عنوان یک کارخانه کوچک استفاده کرده، در مقاله خود می‌نویسد: "می‌توان آن باکتری را در شرایط کمبود مواد مغذی و در حضور دی‌اکسیدکربن و هیدروژن تولید‌شده در کاتد، به سنتز ماده‌ی بیوپلاستیک PHB وادار کرد. در عرض ۴۰ ساعت، حدود ۶۰ گرم بیوپلاستیک در هر لیتر به دست می‌آید." ۷۰درصد از وزن سلول را PHB تشکیل می‌دهد. یک اطلاع جالب دیگر از مقاله این گروه: با استفاده از سنتز الکتریکی میکروبی، می‌توان تا ۸۰ درصد از انرژی الکتریکی مصرف‌شده را به انرژی شیمیایی یا مواد شیمیایی تبدیل کرد.
برای تبدیل Cupriavidus به یک کارخانه ترپن، هولتمان و همکارانش مجبور نبودند چرخ را از نو اختراع کنند، بلکه می‌توانستند از تجربیات با E. coli و سایر ارگانیسم‌ها استفاده کنند. محققان قبلاً سامانه‌ای را ایجاد کرده بودند که با استفاده از آنزیم آلفا-هومولن-سنتاز23 حاصل از زنجبیل، و برخی آبشارهای آنزیمی اضافی، ترپن آلفا-هومولن تولید می‌کرد. اگرچه بازده آلفا-هومولن در کشت‌های تراریخته Cupriavidus به اندازه بازده محصول طبیعی PHB نبود، اما آنها در شرایط کاملاً شیمیایی در عرض دو تا سه روز حدود شش میلی‌گرم در لیتر از این ترپن را سنتز کردند. هنگامی که این تیم باکتری‌ها را در نزدیکی یک کاتد تحت شرایط الکترواوتوتروفیک24 کشت داد، سرعت سنتز دو برابر شد. این مقایسه نشان می‌دهد که میکروب‌ها در واقع از انرژی الکتریکی برای سنتز آلفا-هومولن استفاده کرده و آن را در این ترکیب ذخیره می‌کنند.
با این حال، نویسندگان مقاله در مجله آلمانی «شیمی کاربردی25» اعتراف می‌کنند که تا رسیدن به بازده‌های اقتصادی مرتبط، هنوز راه زیادی در پیش است. اما جهت حرکت درست است. آنها توسعه سوخت‌های زیستی پیشرفته را به عنوان یک هدف دورتر مطرح می‌کنند، که تولید آنها با تولید مواد غذایی رقابت نمی‌کند. تاکنون، جهان در مورد این سوخت‌ها در معضل غذا-یا-سوخت26 قرار داشته است. اما تیم هولتمان در این مقاله راه‌حلی را ترسیم می‌کند: "ایده‌ی بیوالکتروتکنولوژی این است که انرژی لازم برای «معادل‌های کاهش متابولیکی27» دیگر نیازی به تأمین از قند نداشته باشد، بلکه از برق سبز استفاده شود، و به این ترتیب می‌توان بیلان تعادل کربن را نیز به نفع حفاظت از محیط زیست بهبود بخشید."
.
منابع مختلف دی‌اکسید کربن
غلظت دی‌اکسید کربن در هوا برای استفاده‌ی مؤثر توسط این «گاو نرهای نیرومند الکتروسنتزی» بسیار پایین است. علاوه بر این، اکسیژن سمی نیز باید حذف شود. اما فرایند «الکتروسنتز میکروبی»، اگر گازهای خروجی از دودکش واحدهای صنعتی با غلظت‌های بالای دی‌اکسیدکربن به آن اضافه شوند، به‌خوبی کار خواهند کرد. این موضوع باعث می‌شود وابسته به فناوری‌هایی بمانیم که در واقع هدف‌مان حذف آنها در میان‌مدت است. با این حال، هولتمن در این زمینه خوش‌بین است و می‌گوید: "نباید تنها به دی‌اکسیدکربنی که از فرایندهای پتروشیمیایی ایجاد می‌شود، فکر کنیم. دی‌اکسیدکربن همچنین در غلظت‌های بالا در تأسیسات معمولی تولید بیوگاز تولید می‌شود. هر فرایند تخمیری دیگری که در آن کربوهیدرات‌ها تجزیه می‌شوند نیز به تولید دی‌اکسیدکربن منجر می‌شود. استفاده از این گاز بسیار منطقی است."
.
مزیت میکروارگانیسم‌ها در یک زیست‌اقتصاد پایدار
او به مزیت دیگری از میکروارگانیسم‌ها در راستای «زیست‌اقتصاد پایدار28» اشاره می‌کند: "دی‌اکسیدکربن را می‌توان به صورت شیمیایی نیز استفاده کرد، اما برای این کار باید بسیار خالص باشد. میکروارگانیسم‌ها به استفاده از دی‌اکسیدکربن ناخالص که در فرایندهای دیگر به‌عنوان محصول جانبی ایجاد می‌شود، عادت دارند. بنابراین من هیچ کمبودی برای منابع دی‌اکسیدکربن در آینده نمی‌بینم و الکتروبیوتکنولوژی می‌تواند به ما کمک کند تا به سمت هدف «صفرکردن‌گاز کرینیک» پیش برویم!»
.
.
مطالب مرتبط:
باکتری‌های کابلی: شگفتی‌های الکتریکی دنیای میکروبی
[1] - باستانیان یا آرکی‌ها (Archaea) (که آرکی‌باکتری یا باکتری‌های باستانی هم نامیده شده‌اند) قلمرویی از موجودات ریز تک‌یاخته‌ای هستند. به هر یک از اعضای گروه باستانیان یک باستانه یا آرکئون (archaeon) گفته می‌شود. برای خواندن بیشتر اینجا کلیک بزنید.
[2] - Derek Lovley
[3] - Elizabeth Phillips
[4] - منبع: Appl. Environ. MicrobioL 51(4): 683-9
[5] - Geobacter
[6] - Cable Becteria
[7] - Candidatus-status Electronema
[8] - Miriam Rosenbaum
[9] - Flavin
[10] - Electromethanogen منبع: Environ. Sci. Technol. 43(10): 3953-8
[11] - فرآیند Power-to-Gas (P2G) یک فناوری نوآورانه است که انرژی الکتریکی مازاد، به ویژه از منابع تجدیدپذیر مانند باد و خورشید را، از جمله از طریق الکترولیز، به گازهای قابل ذخیره‌سازی و استفاده مانند هیدروژن و متان تبدیل می‌کند. این فناوری به عنوان یک راه‌حل کلیدی برای ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ و کاهش انتشار کربن در سیستم‌های انرژی مطرح است.
[12] - Obligat anaerobe Organisms
[13] - منبع: Green Chem. 25(11): 4375-86
[14] - Enantiomer: انانتیومرها تصاویر آینه‌ای مولکول‌های کایرال، ملکول‌هایی که بر تصویر آینه‌ای خود انطباق پیدا نمی‌کنند، هستند که در شیمی، زیست‌شناسی و صنعت اهمیت زیادی دارند. تشخیص و استفاده مناسب از خصلت کایرالیِ انانتیومرها برای اطمینان از ایمنی و کارایی در بسیاری از کاربردهای زیستی و شیمیایی ضروری است.
[15] - Proof-of-Concept (POC) : اثبات اینکه یک ایده یا پروژه کسب و کار چیزی برای ارایه کردن دارد. برای خواندن بیشتر به این مقاله مراجعه کنید.
[16] - Falk Harnisch
[17] - Ion Exchange Membrane
[18] - Benchmarking
[19] - Dirk Holtmann
[20] - منبع: Chem. Eng. Sci. 207: 1148-58
[21] - Terpen
[22] - Angew. Chem. 57(7): 1879-82
[23] - Alpha-Humulen-Synthase
[24] - Electroautotrophen Condition
[25] - Angewandte Chemie
[26] - Food-or-Fuel Dilemma
[27] - Metabolic Reduction Equivalents
[28] - Sustainable Bioeconomy|
www.tesalkootah.ir || 2025-03-15 © 2015 © All rights reserved www.etesalkootah.ir تمامی حقوق برای www.etesalkootah.ir محفوظ است. بیان شفاهی بخش یا تمامی یک مطلب از www.etesalkootah.ir در رادیو، تلویزیون و رسانه‌های مشابه آن با ذکر واضح "اتصال کوتاه دات آی آر" بعنوان منبع مجاز است. هر گونه استفاده کتبی از بخش یا تمامی هر یک از مطالب www.etesalkootah.ir در سایت های اینترنتی در صورت قرار دادن لینک مستقیم و قابل "کلیک" به آن مطلب در www.etesalkootah.ir مجاز بوده و در رسانه‌های چاپی نیز در صورت چاپ واضح "www.etesalkootah.ir" بعنوان منبع مجاز است. |
استاد رییس دانا
با سلام و احترام
ضمن تبریک رسیدن بهار فرخنده به شما وخانواده محترم از مطالب ارزشمندی که می نگارید متشکرم.
دوستدار شما - محسن - اصفهان