به گزارش زیستنا به نقل از SciTechDaily، در دنیای امروز هواپیماها برای حمل‌ونقل افراد، انتقال کالاها و انجام عملیات نظامی ضروری هستند، اما سوخت‌های مبتنی بر نفت که انرژی این وسایل را تأمین می‌کند، محدود هستند. اکنون دانشمندان راهی برای تولید سوختی جایگزین سوخت جت کشف کرده‌اند. تولید این سوخت با برداشت یک مولکول کربن غیرمعمول تولیدشده به‌وسیله فرایند سوخت‌وساز باکتری‌هایی انجام می‌شود که به‌طورمعمول در خاک یافت می‌شوند. این پژوهش به‌وسیله دانشمندان در آزمایشگاه لارنس برکلی (Lawrence Berkeley Laboratory) انجام شده است و نتایج آن در ژورنال Joule منتشر شده است.
پابلو کروز-مورالس (Pablo Cruz-Morales)، میکروب‌شناس DTU Biosustain، بخشی از دانشگاه فنی دانمارک و نویسنده نخست این مقاله می‌گوید: «در شیمی، هر چیزی که برای ساختن به انرژی نیاز دارد، هنگامی‌که شکسته شود، انرژی آزاد می‌کند.» زمانی که سوخت نفتی جت‌ها مشتعل می‌شود، مقدار زیادی انرژی آزاد می‌کند. دانشمندان آزمایشگاه کیزلینگ (Keasling Lab) در آزمایشگاه لارنس برکلی عقیده داشتند بدون آنکه نیاز به میلیون‌ها سال انتظار برای تشکیل سوخت‌های فسیلی جدید باشد، باید راهی برای تکرار تولید این سوخت‌ها وجود داشته باشد.
ایده‌ای انفجاری
جی کیزلینگ (Jay Keasling)، مهندس شیمی در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، برای اینکه ببیند آیا می‌تواند مولکول پیچیده‌ای را تولید کند که توانایی تولید انرژی زیادی دارد، به کروز-مورالس مراجعه کرد. کروز-مورالس در آن زمان پژوهشگر پسادکترا در آزمایشگاه کیزلینگ بود. کروز-مورالس می‌گوید: «کیزلینگ به من گفت: این ایده‌ای انفجاری خواهد بود.»
کیزلینگ می‌خواست مولکولی به نام جاوسامایسین (Jawsamycin) را بازسازی کند. این مولکول نام خود را از روی فیلم آرواره‌ها (Jaws) به دست آورده است زیرا دارای فرورفتگی‌های نیش مانندی است. این ماده به‌وسیله باکتری‌های استرپتومایسس معمولی تولید می‌شود. کروز-مورالس در گذشته با این باکتری‌ها کار کرده بود.
کروز-مورالس می‌گوید: «این دستور تهیه از قبل در طبیعت وجود دارد.» این مولکول دندانه‌دار به‌وسیله سوخت‌وساز طبیعی باکتری‌ها هنگام مصرف گلوکز تولید می‌شود. وی می‌گوید: «هنگامی‌که آن‌ها قند یا آمینواسیدها را می‌خورند، آن‌ها را تجزیه می‌کنند و به عناصر سازنده پیوندهای کربن به کربن تبدیل می‌کنند.» وی ادامه می‌دهد: «شما به همان روش و با همان شیمی در بدن خود چربی می‌سازید، اما این فرآیند باکتریایی پیچیدگی‌های بسیار جالبی دارد.»
این پیچیدگی‌ها که به مولکول‌ها ویژگی‌های انفجاری می‌دهند، تلفیق حلقه‌های سیکلوپروپان (Cyclopropane) هستند؛ حلقه‌هایی متشکل از سه‌اتم کربن که به شکل مثلثی مرتب شده‌اند. کروز-مورالس توضیح می‌دهد: «اگر پیوندهایی دارید که در یک زاویه معمولی هستند، یعنی یک زنجیره باز از کربن، کربن‌ها می‌توانند انعطاف‌پذیر باشند و راحت باشند.» وی ادامه می‌دهد: «فرض کنید آن‌ها را به حلقه‌ای از شش کربن تبدیل می‌کنید – آن‌ها هنوز هم می‌توانند کمی حرکت کنند و این‌طرف و آن‌طرف بروند؛ اما شکل مثلث سبب خم شدن پیوندها می‌شود و برای ایجاد این فشار به انرژی نیاز است.»
گروه پژوهشی پس از تجزیه‌وتحلیل دقیق، مشخص کرد که آنزیم‌هایی که مسئول ساخت این مولکول‌های سیکلوپروپان پر انرژی هستند، پلی‌کتید سنتازها (Polyketide Synthases) هستند. کروز-مورالس می‌گوید: «پلی‌کتید سنتازها بهترین ابزار زیستی برای ساخت شیمی آلی هستند.»
تولید سوخت با زیست‌شناسی
کروز-مورالس توضیح می‌دهد که سوخت تولیدشده به‌وسیله باکتری‌ها بسیار شبیه به بیودیزل (Biodiesel) کار می‌کند. این سوخت باید به‌گونه‌ای فراوری شود که بتواند در دمای پایین‌تر از دمای لازم برای سوزاندن اسید چرب مشتعل شود. بااین‌حال، هنگامی‌که مشتعل شود، به‌اندازه‌ای قدرتمند خواهد بود که بتواند موشکی را به فضا بفرستد. کروز-مورالس می‌گوید: «اگر بتوانیم این سوخت را با زیست‌شناسی بسازیم، هیچ بهانه‌ای وجود ندارد که آن را با نفت تولید کرد.» وی می‌افزاید: «این امکان تولید تجدید پذیر آن را فراهم می‌کند.»
کروز-مورالس امیدوار است که در آینده او و گروه محققان وزارت انرژی که روی این طرح کار می‌کردند، قادر باشند مقیاس این فرایند را به‌گونه‌ای افزایش دهند که سوخت جایگزین آن‌ها واقعاً در هواپیما استفاده شود. کروز-مورالس می‌گوید: «در حال حاضر مشکل این است که سوخت‌های فسیلی یارانه دریافت می‌کنند.» او ادامه می‌دهد: «این چیزی است که نه‌تنها به فناوری، بلکه در حال حاضر به نظام ژئوپلیتیکی و اجتماعی-سیاسی زمین مربوط می‌شود. می‌توانید این را به‌عنوان آمادگی برای لحظه‌ای ببینید که سوخت‌های فسیلی ما تمام می‌شود و چنین لحظه‌ای نه‌چندان دور پیش می‌آید که به راه‌حل‌های جایگزین نیاز خواهیم داشت.»
منبع: SciTechDaily
Journal Reference:
Cruz-Morales, Pablo, Kevin Yin, Alexander Landera, John R. Cort, Robert P. Young, Jennifer E. Kyle, Robert Bertrand, et al. “Biosynthesis of Polycyclopropanated High Energy Biofuels.” Joule ۶, no. 7 (2022): 1590–۱۶۰۵. https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.05.011.