بكتيريا تعمل بالكهرباء لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد مفيدة

كشفت دراسة حديثة عن بكتيريا تربة قادرة على استخدام الكهرباء مباشرة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد كيميائية مفيدة، في خطوة قد تمهد لتخزين الطاقة المتجددة على شكل مركبات كيميائية قابلة للاستخدام الصناعي.

ونُشرت النتائج في دورية Energy & Environment Nexus، حيث حدد الباحثون سلالة بكتيرية تُدعى Fundidesulfovibrio terrae تستطيع سحب الإلكترونات من المعادن أو الأقطاب الكهربائية، ثم استخدام تلك الطاقة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أسيتات، وهو مركب صناعي مهم.

بكتيريا تتبادل الإلكترونات في الاتجاهين

قاد الدراسة الدكتور يونج يوان من Guangdong University of Technology، وأظهر أن هذه البكتيريا لا تكتفي بامتصاص الكهرباء، بل يمكنها أيضًا إطلاق الإلكترونات عند تغير الظروف البيئية، ما يمنحها مرونة كهربائية نادرة بين الكائنات الدقيقة.

وتُعرف هذه العملية باسم “نقل الإلكترونات خارج الخلية”، حيث تتبادل البكتيريا الشحنة مباشرة مع الأسطح الصلبة دون وسطاء كيميائيين مذابين.

اختزال الحديد وتكوين أغشية حيوية

في التجارب المخبرية، التصقت البكتيريا بمعادن الحديد وخفّضت نشاطها الكيميائي بمعدل وصل إلى 68.3% خلال سبعة أيام، عبر نقل الإلكترونات مباشرة إلى المعدن.

كما كوّنت طبقة حيوية كثيفة (بيوفيلم) على أقطاب الغرافيت، حافظت على تدفق تيار كهربائي مستقر، وهو عنصر حاسم لأي مفاعل حيوي مستقبلي يعتمد على هذه التقنية.

تحويل الكهرباء إلى كربون مُعاد تدويره

عند تزويدها بإلكترونات من قطب كهربائي، استخدمت البكتيريا ثاني أكسيد الكربون كمصدر وحيد للكربون وأنتجت الأسيتات بتركيز بلغ 11.05 مليمولار، عبر مسار أيضي يُعرف باسم “وود-ليونغدال”، المسؤول عن بناء جزيئات ثنائية الكربون من ثاني أكسيد الكربون.

ويعني ذلك إمكانية ربط الكهرباء المتجددة مباشرة بعمليات احتجاز الكربون وإعادة تدويره، دون الحاجة إلى وقود أحفوري وسيط.

تحديات التوسع الصناعي

رغم نجاح التجارب، لا تزال هناك تحديات أمام التطبيق الصناعي، تشمل بطء نقل الإلكترونات، وتغير الحموضة داخل المفاعلات، وتراكم المنتجات بما قد يعيق نشاط البكتيريا.

كما أن الوصول إلى إنتاج واسع النطاق يتطلب تحسين كفاءة الأنظمة وضبط التفاعلات الجانبية لضمان بقاء الأسيتات المنتج الرئيسي.

آفاق لتخزين الطاقة المتجددة

يفتح هذا الاكتشاف الباب أمام تخزين الكهرباء النظيفة في صورة مركبات كيميائية مستقرة، ما يوفر وسيلة محتملة لموازنة تقلبات مصادر الطاقة المتجددة مثل الشمس والرياح.

ويرى الباحثون أن الجمع بين الكهرباء وإعادة تدوير الكربون داخل كائن دقيق واحد يمثل منصة بيولوجية واعدة لاقتصاد منخفض الكربون.