هذه الميكروبات تتنفس الميثان وتحولها إلى كهرباء في بطارية حية غريبة
بقدر ما تذهب غازات الدفيئة ، الميثان هو الشرير الهادئ الذي يمكن أن يجرنا خلسة إلى أعمق في أزمة المناخ. في غلافنا الجوي ، يكون فعالاً 25 مرة على الأقل في حبس الحرارة من ثاني أكسيد الكربون.
كما أنها ليست بهذه الكفاءة - فمن خلال الاحتراق ، يمكن تحويل أقل من نصف الطاقة الموجودة في الغاز الطبيعي إلى طاقة كهربائية.
في محاولة لضغط المزيد من الإلكترونات من كل نفث من غاز الميثان ، اكتشف الباحثون في هولندا شكلاً غير تقليدي لمحطة الطاقة - وهو شكل تحتاج إلى مجهر لرؤيته.
"قد يكون هذا مفيدًا جدًا لقطاع الطاقة" ، كما تقول عالمة الأحياء الدقيقة بجامعة رادبود ، كورنيليا ويلتي.
"في منشآت الغاز الحيوي الحالية ، يتم إنتاج الميثان بواسطة الكائنات الحية الدقيقة ثم يتم حرقه ، مما يؤدي إلى تشغيل التوربينات ، وبالتالي توليد الطاقة. يتم تحويل أقل من نصف الغاز الحيوي إلى طاقة ، وهذه هي أقصى قدرة يمكن تحقيقها. نريد تقييم ما إذا كنا نريد يمكن أن تفعل بشكل أفضل باستخدام الكائنات الحية الدقيقة. "
ينصب تركيز بحثهم على نوع من البكتيريا القديمة - الميكروبات الشبيهة بالبكتيريا المعروفة بمواهبها غير العادية في البقاء على قيد الحياة في ظل ظروف غريبة وقاسية ، بما في ذلك القدرة على تكسير الميثان في البيئات المحرومة من الأكسجين.
هذا النوع المحدد ، المعروف باسم عتائق التغذية اللاهوائية (ANME) ، يدير هذه الحيلة الأيضية عن طريق تفريغ الإلكترونات في سلسلة من التفاعلات الكهروكيميائية ، باستخدام نوع من المعادن أو الفلزات خارج خلاياها أو حتى التبرع بها لأنواع أخرى في بيئتها.
تم وصف الميثانوبريدينز من جنس ANME لأول مرة في عام 2006 ، وقد وجد أنه يؤكسد الميثان بمساعدة قليلة من النترات ، مما يجعله في المنزل مباشرة في المستنقعات الرطبة في القنوات الزراعية المبللة بالأسمدة في هولندا.
أدت محاولات سحب الإلكترونات من هذه العملية في خلايا الوقود الميكروبية إلى إنتاج جهد ضئيل ، دون أي تأكيد واضح على العمليات التي قد تكون وراء التحويل بالضبط.
إذا كانت هذه العتائق ستظهر واعدًا كخلايا طاقة تلتهم الميثان ، فستحتاج حقًا إلى إنتاج تيار بطريقة واضحة لا لبس فيها.
لجعل الأمور أكثر صعوبة ، فإن Methanoperedens ليس ميكروبًا يسهل زراعته بسهولة.
لذا جمعت Welte وزملاؤها الباحثون عينة من الميكروبات التي عرفوا أنها تهيمن عليها هذه العتائق المليئة بالميثان ، وزرعوها في بيئة تفتقر إلى الأكسجين حيث كان الميثان هو المتبرع الوحيد بالإلكترون.
بالقرب من هذه المستعمرة وضعوا أيضًا أنودًا معدنيًا مضبوطًا بجهد صفري ، مما أدى بشكل فعال إلى تكوين خلية كهروكيميائية معدة لتوليد تيار.
تقول عالمة الأحياء الدقيقة هيلين أوبوتر ، من جامعة رادبود : "نصنع نوعًا من البطاريات ذات طرفين ، حيث يكون أحدهما طرفًا بيولوجيًا والآخر طرفًا كيميائيًا".
"نزرع البكتيريا على أحد الأقطاب الكهربائية التي تتبرع لها البكتيريا بالإلكترونات الناتجة عن تحويل الميثان".
بعد تحليل تحويل الميثان إلى ثاني أكسيد الكربون وقياس التيارات المتذبذبة التي ارتفعت إلى 274 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع ، استنتج الفريق أن ما يزيد قليلاً عن ثلث التيار يمكن أن يُعزى مباشرةً إلى تكسير الميثان.
فيما يتعلق بالكفاءة ، فإن 31 بالمائة من الطاقة في الميثان قد تحولت إلى طاقة كهربائية ، مما يجعلها قابلة للمقارنة إلى حد ما مع بعض محطات الطاقة.
يمكن أن يؤدي إجراء المزيد من الإجراءات في هذه العملية إلى إنشاء بطاريات حية عالية الكفاءة تعمل بالغاز الحيوي ، مما يؤدي إلى انتزاع المزيد من الشرر من كل جزء من الغاز وتقليل الحاجة إلى أنابيب غاز الميثان لمسافات طويلة. وهذا مهم لأن بعض محطات توليد الطاقة من الميثان بالكاد تدير كفاءات تبلغ حوالي 30 بالمائة.
لكن بشكل متفائل ، يجب أن نجد طرقًا لفطم أنفسنا عن إدماننا لجميع أنواع الوقود الأحفوري.
ومع ذلك ، وبغض النظر عن التطبيقات التكنولوجية ، فإن معرفة المزيد عن الطرق المختلفة لانهيار غاز الدفيئة الخبيث في بيئتنا لا يمكن أن يكون شيئًا سيئًا.