هل بإمكاننا حساب مردود عملية التركيب الضوئي الطبيعية؟

استمع على ساوندكلاود 🎧

المهندسون يتعلمون الكثير من النباتات...

الكثير من الأفكار الهندسية العظيمة أتت من حديقة بيتك الخلفية، أو من الحشائش التي تنمو على أطراف الطرقات، وكل ما علينا هو النظر بتمعن لنراها، ففهم عملية تحويل الضوء إلى طاقة لها تأثير هام جداً على النظم الكهربائية الضوئية "photovoltaic systems".

إن تحديدَ مردودِ الخليةِ الضوئيةِ الكهربائيةِ سهلٌ نسبيا، لأن العملية تُنْتِج طاقة كهربائية مباشرة يمكن قياسها، بينما قياس مردود الخلايا الضوئية في النباتات معقد جداً، ويعتمد على عدة عوامل. فكل خطوة من عملية تركيب ضوئي تتم في البلاستيدات الخضراء الصغيرة، وهي عبارة عن وحدات فرعية صغيرة موجودة داخل الخلية النباتية تقوم بتحويل الضوء، وثاني أوكسيد الكربون إلى سكر وأوكسجين.

مخبرياً قامت الباحثة أرديمس بوغسيان، وفريقها في معهد MIT قسم الهندسة الكيميائية بحساب مردود هذه العملية عبر حقن البلاستيدات بصباغ معين وحساب التغير في لونه مثل الإلكترونات المنتجة خلال عملية التركيب الضوئي، وبدلاً من ذلك قاموا بقياس الأوكسجين، أو كمية السكر المنتجة بالنسبة لثاني أوكسيد الكربون الممتص من قبل النبات، فحالما استطاعوا حساب مقدار الطاقة الضائعة خلال عملية التحويل الكيميائية، وجدوا أن وسطا مردود عملية تحويل الضوء إلى طاقة حوالي 6% بينما في الخلايا الكهروضوئية تكون حوالي 10%.

إن النباتات تفوق الخلايا الكهروضوئية بكمية الضوء التي يمكنها امتصاصه، فكلا النظامين في الخلايا الكهروضوئية يستطيع امتصاص الضوء ذو السوية الطاقية العالية، بينما النباتات تعتبر فعّالة في امتصاص تقريباً 100% من الضوء في الطيف المرئي أي مجموعة الألوان من الأحمر إلى الأزرق، الخلايا الكهروضوئية تمتص الضوء من مجموعة واسعة من الطيف أيضاً على عكس باقي النباتات الخضراء. بسبب بعض الظروف التي تتعرض لها النباتات أدت إلى تطورها؛ لتصبح أفضل من غيرها في عملية التركيب الضوئي فالنباتات ذات اللون الأخضر الداكن تحتوي بلاستيدات خضراء نشطة للغاية، وذات كفاءة عالية على تحويل الضوء إلى طاقة. وكلما توصل الباحثون إلى المزيد من المعلومات عن عملية التركيب الضوئي، وفهم الأليات التي تؤثر على كفاءتها ومردودها كلما أصبحوا قادرين على الجمع بين علم النباتات والتكنولوجيا في إنشاء أنظمة كهروضوئية أكثر فعالية.

حالياً يوجد ضمن الدراسات عملية تصميم لجزيئات تحاكي تلك الموجودة في البلاستيدات الخضراء والأوراق، وبمجرد الوصول لها وتطبيقها في خلايا كهروضوئية فقد تمتص الضوء بكفاءة منا في النباتات، وهذا ما يسمى بـ " الأوراق الاصطناعية".

بوغسيان وفريقها حاولوا أيضاً اكتشاف طرقاً أخرى لتصنيع الخلايا الكهروضوئية من خلايا بروتيني نباتية مصنعة؛ لتقوم بامتصاص الضوء من كافة درجات الطيف كما أنهم يريدون أن يجمعوا بين المزايا الأفضل لكلا النظامين الطبيعي والعلمي، تقول سارة جيسون: "أنه أمرٌ مثير للإعجاب بدراسته، المبادئ البيولوجية تعطينا الكثير من الطرق لتحسين الوحدات والخلايا الكهروضوئية في المستقبل".

تعرفوا على كيفية توليد الكهرباء عن طريق النباتات .... الطاولة البيولوجية الضوئية:

هنا

تعرفوا على البيومكري فن استيحاء التكنولوجيا من الطبيعة:

هنا

المصادر:

هنا