ترجمة: بسمة السفيران.
مراجعة: أفنان الثبيتي.
تستخدم المعالجة الحيوية الخلايا الحية أو مكوناتها لإنتاج مركباتٍ كالوقود الحيوي، البلاستيك، الأدوية، ومستحضرات التجميل، وهي مكلفةٌ وتستنزف الكثير من الوقت، ويقول العلماء من كلية لندن الإمبراطورية أنهم تمكنوا من تحليل الكتلة الحيوية المشتقة من النباتات بثلاثين مرةٍ أسرع مما هو متاحٌ حالياً، وهي طريقةٌ قد تؤدي إلى إنتاج وقودٍ حيوي أقل تكلفةً وأكثر ملائمةً للبيئة، بالإضافة إلى إعادة تدويرٍ أكثر كفاءةً للبلاستيك.
قام الدكتور أليكس بروغان وزملاؤه من قسم الهندسة الكيميائية في كلية لندن الإمبراطورية بتعديل إنزيم الجلوكوزيدات الذي يُساعد على تفكيك الكربوهيدرات المعقدة في الكتلة الحيوية كالسيليلوز في الخلايا النباتية إلى وحدتها الأساسية وهي الجلوكوز، ومن ثم يمكن تخمير الجلوكوز ليتحول إلى شكلٍ من الوقود الحيوي وهو الإيثانول.
يُعد استخلاص الجلوكوز من السيليلوز الجزء الأكثر كلفةً واستهلاكاً للوقت من العملية حالياً، ويرجع ذلك جزئياً إلى عدم فعّالية الإنزيمات عندما تبلغ درجة الحرارة أكثر من 70 درجةً مئويةً عادةً، وكذلك عندما تكون في مذيباتٍ صناعية كالسوائل الأيونية، ولكن ستُسرع العملية لو استطاع الإنزيم أن يعمل في ظل هذه الظروف. ولقد عدل الدكتور بروغان وزملاؤه الصيغة الكيميائية للجلوكوزيدات لجعله أكثر متانةً ومقاومةً لدرجات حرارةٍ تصل إلى 137 درجة مئوية، ويعني هذا التعديل أن بإمكانهم استخدام الإنزيم في السوائل الأيونية بدلاً من الماء المعتاد، واستخدام إنزيمٍ واحدٍ فقط عوضاً عن ثلاثة.
كما وجدوا أن أثر مقاومة الحرارة والذوبان في السوائل الأيونية زاد من كمية الجلوكوز بثلاثين مرة، ما قد يُخفض من انبعاث الكربون الناتج عن الوقود بنسبة 80 – 100% في حال توسع استخدام هذه التقنية. ولقد نُشرت النتائج في دورية نايتشر الكيمياء، ويقول الباحث الرئيسي الدكتور بروغان: “لقد سرعنا المعالجة الحيوية، وبذلك سيقل عدد المواد المستخدمة والأثر الكربوني، ومن الميزات الرئيسية لذلك هي زيادة إنتاج الوقود الحيوي، مما قد يؤدي إلى انتشاره”. ويُصنع الوقود الحيوي من المواد الحية كالنباتات، والتي تُسمى أيضاً بالكتلة الحيوية، وهي أفضل للبيئة من الوقود الأحفوري كالفحم والغاز لأنها تتكون من مصادر متجددةٍ وتبعث ثاني أكسيد الكربون بكمياتٍ أقلّ بكثير.
يقول كبير الباحثين الدكتور جايسون هوليت من قسم الهندسة الكيميائية في كلية لندن الإمبراطورية: “يمكننا خفض انبعاثات الكربون بنسبةٍ كبيرةٍ من خلال استخدام الوقود الحيوي في المركبات وحتى في توليد الطاقة، والمستخلصة من نشا الذرة، الأشجار، والمواد العضوية الأخرى”. ويمكن تطبيق التعديل على مجموعةٍ متنوعةٍ من الإنزيمات ولنطاقٍ واسعٍ من التطبيقات، كصنع الوقود من النفايات، إعادة تدوير البلاستيك، وجعل المعالجة الحيوية أكثر كفاءةً.
مول مجلس أبحاث علوم الهندسة والفيزياء هذا البحث، وتمكن الباحثون من قياس الاتزان الحراري للإنزيم ودراسة بنيته باستخدام الحِزم الإشعاعية لمسرع الإلكترونات التزامني بي23 وآي22، حيث حصلوا على صلاحية الوصول لهما عبر مؤسسة دايموند لايت سورس التي مولها مجلس مرافق العلوم والتقنية وصندوق ويلكم.
المصدر (Science Daily)
المصطلحات:
وقود حيوي biofuels
المعالجة الحيوية Bioprocessing
كلية لندن الإمبرطورية Imperial College London’s
الكتلة الحيوية biomass
أليكس بروغان Alex Brogan
الجلوكوزيدات glucosidase
السليلوز cellulose
الإيثانول ethanol
السوائل الأيونية ionic liquids
نايتشر الكيمياء Nature Chemistry
جايسون هوليت Jason Hallett
مجلس أبحاث علوم الهندسة والفيزياء Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC)
مسرع الإلكترونات التزامني synchrotron
مؤسسة دايموند لايت سورس Diamond Light Source
مجلس مرافق العلوم والتقنية Science and Technology Facilities Council
صندوق ويلكم Wellcome Trust
- أبرز الأحداث العلمية لعام 2021 - 09/01/2022
- التطبيقات المتنوعة لتقنية الحوسبة السحابية - 14/12/2021
- تعريف الحوسبة السحابية وتأثيرها على عالم الأعمال - 30/08/2021