"עלים בודדים יוכלו לספק חשמל" – חוקרי הטכניון השיגו פריצת דרך ביצירת אנרגיה ביולוגית

7חוקרי הטכניון ביצעו שינוי במערכת פוטו-סינתטית טבעית; הטכניון רשם על כך פטנט והמאמר המדעי הומלץ כ"מאמר חובה" על ידי ארגון עולמי של מומחים לביולוגיה

שיתוף פעולה בינתחומי בטכניון הניב אפשרות לפריצת דרך בתחום הביו-אנרגיה. הטכניון רשם על כך פטנט ומאמרם המדעי של חוקרי הטכניון הומלץ כ"חובה לקרוא" על ידי הארגון הנודע של חוקרי ביולוגיה בכירים – Faculty of 1000/Biology, אשר ציינו כי "יש חדש תחת השמש" וכי ההישג הוא שלב ראשון ביצירת אנרגיה ירוקה באמת, או בלשונם – "The greenest of green". המאמר פורסם בכתב העת היוקרתי של האקדמיה הלאומית למדעים של ארה"ב – Proceeding of National Academic of Science.

החוקרים – דיקן הפקולטה לביולוגיה, פרופסור גדי שוסטר ופרופסור נעם אדיר מהפקולטה לכימיה ע"ש שוליך, עם הדוקטורנטים שירלי לרום ופארס סלאמה – רשמו הישג חשוב בדרך לאנרגיה ירוקה. הם הצליחו לעשות מניפולציה של תהליך הפוטוסינתזה (התהליך שבו צמחים קולטים את אנרגיית השמש ומפיקים ממנה אנגיה כימית יעילה) באופן העשוי לשמש להפקת חשמל מצמחים. חוקרי הטכניון חקרו חלבון מפתח בתהליך שינוע האלקטרונים בפס הייצור הפוטוסינתטי. במצבו הטבעי החלבון מוציא אלקטרונים ממים ומעביר אותם בתוך ממברנות בחיידק ובצמחים. בטבע הממברנה מבודדת את הזרם החשמלי הביולוגי מזליגה לתהליכים צדדיים. החוקרים שינו חומצה אמינית אחת מתוך המאות שנמצאות בחלבון, מחומצה אמינית חיובית לשלילית ובכך הצליחו לשנות את כיוון פליטת האלקטרונים לכזה המאפשר רתימה של האנרגיה המופקת בתהליך ושימוש בה לאחר מכן.

החלבון המהונדס גם "מייצא" אלקטרונים בתדירות גבוהה דיה כדי להפיק כמות אנרגיה שימושית, ומכוון את הזרם בתצורה המאפשרת קליטה יעילה של אנרגיה זו. זאת – בלי שהשינוי המלאכותי יפגע בתיפקודו של החלבון. דבר זה מאפשר גידול האורגניזם באופן טבעי לחלוטין, דבר המאפשר קבלת כמויות גדולות ש החלבון במחיר מאוד נמוך וללא תהליכים תעשייתיים מזהמים.

בשלב השני חיפשו חוקרי הטכניון חלבון נשא אלקטרונים אשר יקלוט את האלקטרונים הנפלטים ויעביר אותם לאלקטרודה של תא חשמלי. הם מצאו שחלבון קטן בשם "ציטוכרום C"המופק מלבבות של סוסים הוא המתאים ביותר וממלא היטב את התפקיד.

בהמשך מקווים החוקרים להנדס מכניזם ממשי שיוכל לתרגם את האנרגיה הביוכימית לחשמל ומימן המוכרים לנו מחיי היום-יום. "זה לא יחליף תחנת כוח", הם אומרים, "אבל זה יכול לספק כמות שימושית של חשמל נקי לחלוטין, במיוחד במקומות עם בעיות תשתית שחשמל לא מגיע אליהם. אנו מקווים להגיע למצב שבו כה עלים בודדים, למשל – עלי טבק, יוכלו לספק חשמל במשך כמה שעות, בדיוק כמו לוח פוטואלקטרי של מטר רבוע אחד", מדגישים הפרופסורים אדיר ושוסטר.

בתמונה: דגם מולקולרי של התלכיד החלבוני של מערכת האור הפוטוסינטטית, מסלול זרימת האלקטרונים והשינוי שהונדס בעבודה זו.
התלכיד החלבוני מתואר בצבעים של כחול, לבן ואדום, המתארים את מטענם החשמלי של החלבונים. הליפידים (שומנים) המרכיבים את הממברנה בה טבוע התלכיד החלבוני צבועים בירוק ואדום. החלבון המסיס הקטן שבודד מלבבות סוסים ומקבל את האלקטרונים מוצג מעל התלכיד החלבוני של מערכת האור הפוטוסינטטת. זרימת האלקטרונים הטבעית מוצגת בחץ שחור, וזו שהונדסה בעבודה הטכניונית – על ידי חץ צהוב. איור: חוקרי הטכניון.