ابتكار أول عملية صناعية للتمثيل الضوئي

يُشير مصطلح "التمثيل الضوئي" إلى العملية التي تُحوّل بها النباتات ضوء الشمس إلى طاقة قابلة للاستخدام، ولا تقتصر هذه العملية على إنتاج الطاقة فحسب، بل تُنقّي الغلاف الجوي أيضاً بإطلاق الأكسجين، وأخيراً، قام باحثون من جامعة يوليوس ماكسيميليان، في فورتسبورغ بألمانيا، وجامعة يونسي في كوريا الجنوبية، بمحاكاة جزء من عملية التمثيل الضوئي اصطناعياً.

ويمكن للتمثيل الضوئي الاصطناعي تسخير نهج الطبيعة في تحويل الطاقة وتحسينه لتلبية احتياجات الإنسان، مثل مواجهة التحديات البيئية، وفق "إنترستينغ إنجينيرينغ".
ويُتيح هذا مساراً جديداً لمعالجة مشاكل مثل إدارة الكربون والطاقة المستدامة باستخدام موارد وفيرة، مثل الماء وثاني أكسيد الكربون وأشعة الشمس.
وتمكّن الباحثون من إعادة إنشاء الخطوة الأولى من عملية التمثيل الضوئي، وهي التقاط ونقل الطاقة الضوئية.

 كيف تعمل عملية التمثيل الضوئي؟

بعبارات بسيطة، تأخذ النباتات ثاني أكسيد الكربون من الهواء والماء من التربة، باستخدام ضوء الشمس والكلوروفيل، الصبغة الخضراء في الخلايا النباتية، وتتحول هذه المكونات إلى جزيئات سكر، وهي غذاؤها، وأكسجين يُطلق في الغلاف الجوي.
وتتميز هذه العملية بتعقيدها المتعدد، وتتكون من سلسلة من الخطوات المتقدمة.
و تتضمن الخطوة الأولى التقاط ضوء الشمس باستخدام الكلوروفيل، الذي يعمل كألواح شمسية داخل الخلايا النباتية، عندما يسقط ضوء الشمس على جزيئات الكلوروفيل، تكتسب الإلكترونات الموجودة في الجزيئات طاقة أو تُصبح نشطة. بفضل هذه الطاقة الإضافية، تغادر الإلكترونات جزيء الكلوروفيل وتبدأ بالتحرك عبر آليات النبات.

ولاستبدال هذه الإلكترونات النشطة، تُسحب الإلكترونات من جزيئات الماء، ويؤدي هذا إلى تقسيم جزيئات الماء إلى أكسجين، يُطلق في الهواء، ومكونات هيدروجين، ثم تُستخدم الإلكترونات الناتجة عن ضوء الشمس لتحويل ثاني أكسيد الكربون من الهواء إلى جزيئات سكر، مصدر غذائها الرئيسي.
وحاكى الباحثون الخطوة الأولى من العملية، وهي تنشيط الإلكترونات ونقلها لاحقاً.
وصمم العلماء جزيئات صبغة اصطناعية من بيريلين بيسيميد، بحيث تشبه هيكليًا عملية التمثيل الضوئي في النباتات، و هذا يعني أن الضوء الذي يسقط على أحد طرفي التركيب يُحفز عملية تنشيط الإلكترونات وفصلها.
وتتحرك هذه الإلكترونات على طول الهيكل للوصول إلى الطرف الآخر، و يعمل هذا الهيكل كنظام نقل طاقة مجهري، مما يتيح نقلاً سلسا وفعالاً للطاقة، على غرار النباتات.

المصدر: موقع 24