محققان به لطف دانش مهندسی ژنتیک موفق شده‌اند با تزریق ویروس‌هایی به گیاهان توتون از آنها به عنوان کارخانه‌ای برای تولید و پرورش سلول‌های خورشیدی استفاده کنند و از این راه زمینه راه‌اندازی خط جدیدی به منظور تولید انرژی‌های پاک را از دل طبیعت سبز فراهم نمی‌آورند.
جام جم نوشت براساس طرح تحقیقاتی جدیدی که به همت دانشمندان دانشگاه برکلی کالیفرنیا صورت گرفته، محققان دریافته‌اند سلول‌های خورشیدی مصنوعی را می‌توان از این پس در دل گیاهان توتون و همچنین میکروارگانیسم‌هایی از جمله باکتری ایی.کولی پرورش داد. خط تولید برق از مزارع توتون راه‌اندازی می‌شود
به اعتقاد دانشمندان، ارزش یافته‌های جدید در نقش مهمی است که از این پس گیاهان زراعی از جمله توتون می‌توانند در چرخه تولید و مصرف سوخت و نیازهای آینده انسان ایفا کنند، چرا که گیاهان توتون می‌توانند نظیر فرآیند از شیر گرفتن کودک به نوبه خود در گرفتن سوخت‌های فسیلی از دهان دنیا و به عبارتی، خلاص کردن جهان از این رنج کهنه نقش شایسته‌ای ایفا کنند.
اما براساس نتایج این طرح تحقیقاتی که شرح آن در شماره اخیر مجله پژوهش‌های نانویی اقدامات آکادمی ملی علوم منتشر شده است، مت فرانسیس و گروه محققان دانشگاه کالیفرنیا موفق شده‌اند با استفاده از باکتری‌هایی که مهندسی ژنتیک شده‌اند نوعی بلوک‌های ساختمانی را برای تولید سلول‌های فتوولتائیک و فتوشیمیایی ارائه کنند. به اعتقاد دانشمندان، این تکنیک جدید می‌تواند در مقایسه با متدهای رایج و سنتی ساخت سلول‌های خورشیدی به مراتب سازگارتر با محیط زیست باشد و همچنین به خط تولید سلول‌های خورشیدی ارزان، موقت و تجزیه‌پذیر از نظر زیستی بینجامد.
در این میان، آنچه توجه دانشمندان را در مسیر این پژوهش به خود جلب کرده مکانیسم مشابهی است که براساس آن و طی میلیون‌ها سال، سیر تکامل و تحول تدریجی توانسته برای به چنگ آوردن انرژی خورشیدی در گیاه اعمال کند و در واقع فواصل مشخص و دقیقی را میان این هسته‌ها یا گروه‌های رنگی مولکولی برقرار کرده تا از این راه برای آنها امکان جمع‌آوری و استفاده از نور حاصل از خورشید را با قابلیت بازده و کارآمدی بی‌همتایی فراهم کند.
به گفته محققان، هدف آنها تلاش برای تقلید از همین سامانه‌های گیاهی است که با این دقت و ظرافت عالی در ساختار گیاه تنظیم و میزان شده‌اند؛ اما آنچه در مسیر این شبیه‌سازی مورد استفاده محققان قرار گرفته یکی از ویروس‌های معمول و شناخته شده توتون موسوم به ویروس موزائیک توتون است.
البته سلول‌های خورشیدی مصنوعی را نمی‌توان به خودی خود روی گیاهان توتون پرورش داد. برای این منظور آنها را برای رشد یافتن روی گیاه باید برنامه‌ریزی کرد. در واقع عملی کردن این مکانیسم در حالی است که برنامه‌نویسی مجدد هر سلول از یک گیاه توتون بالغ و رسیده، خود مستلزم به‌عهده گرفتن مسوولیت سنگین و فشرده‌ای برای دانشمندان انسانی محسوب می‌شود. با این اوصاف برای ویروس موزائیک توتون، برنامه نویسی مجدد سلول‌های بالغ توتون جهت تولید ساختارهای ظریفی که این گیاه به‌طور طبیعی قادر به انجام آن نیست، همان چیزی است که این ویروس را بهترین گزینه برای چنین منظوری هدف‌گذاری کرده است.
از این رو، دانشمندان مبادرت به تنظیم برنامه شماری از ژن‌های این ویروس کردند و با افشاندن ماحصل کار روی محصولی از گیاهان توتون به انتظار نتیجه عملکرد خود نشستند.
نکته: پرورش دادن گیاهان زراعی با هدف بیرون کشیدن و استخراج انرژی می‌تواند راه ارزان و صد البته سازگار با محیط زیستی را برای تولید انرژی الکتریسیته پیشنهاد کند
از این رو، دانشمندان مبادرت به تنظیم برنامه شماری از ژن‌های این ویروس کردند و با افشاندن ماحصل کار روی محصولی از گیاهان توتون به انتظار نتیجه عملکرد خود نشستند.
تربیت گیاهان برای تولید برق خورشیدی
در بیان شرح عملکرد محققان باید گفت یک سلول آلوده شده معمولا نسخه‌های جدیدی از ویروسی که آن را آلوده کرده، ایجاد می‌کند و در این میان، ویروس مزبور گیاه را مجبور به تولید عامل‌های مولکولی رنگی می‌کند که در واقع ساختارهایی برای تبدیل نور به الکترون‌هایی با توان بالا به شمار می‌روند.
در این میان، عامل‌های مولکولی رنگی منفرد مثل یک پلکان حلقوی با مارپیچ به هم فشرده به نوبت به همدیگر اضافه می‌شوند تا زمانی که میله‌ای متشکل از چندصد نانومتر درازا ایجاد شود.
به این ترتیب، هر گروه مولکولی رنگی 2 تا 3 نانومتر از نزدیک‌ترین نمونه مجاور خود فاصله دارد که فاصله‌ای مهم محسوب می‌شود، به نحوی که حتی یک اتم نزدیک‌تر به یکدیگر باعث می‌شود یک جریان الکتریکی دچار سکته و ایست شود. در مقابل هر چه فاصله بیشتر شود، برداشت الکترون‌ها با دشواری مواجه خواهد شد.
دشواری و اهمیت چنین وضعیت خاصی برای برقراری جریان و استحصال انرژی در حالی است که آنجلا بلچر، محقق انستیتو فناوری ماساچوست (ام.آی.تی) که سابقه استفاده از ویروس‌ها برای ساخت باتری و سایر ساختارها را در کارنامه خود دارد معتقد است این مکانیسم و تنظیمات آن برای منظوری همانند از نو خلق کردن فرآیند فتوسنتز واقعا امری بسیار مشکل قلمداد می‌شود؛ چون که دقت و درستی هر ساختار بسیار حائز اهمیت است و در حقیقت برچیدن یک مولکول و قرار دادن آن در جایی که شما در نظر دارید کاری به مراتب سخت خواهد بود.
به اعتقاد وی، اهمیت و ارزش کار محققان طرح پرورش سلول‌های خورشیدی در توتون آنجاست که از یک نظام کارآمد از قبل موجود در دل طبیعت که خود نتیجه میلیون‌ها سال ساخت و پرداخت تکامل تدریجی است قصد بهره‌برداری برای تولید ساختارهایی را دارد که قرار است مورد استفاده انسان‌ها واقع شود.
اما آنچه نباید از نظر دور داشت این است که با به دام انداختن ریز ساختارهای بسیار ظریف درون گیاه نمی‌توان به تولید برق یا ترکیبات شیمیایی رسید؛ بنابر این دانشمندان برای نیل به عامل‌های رنگی مولکولی ناگزیر از برداشت گیاهان توتون، ریزکردن آنها و سپس استخراج و عصاره‌گیری این ساختارها هستند. به این ترتیب، ساختارهای حل شده در یک محلول مایع، بر روی بستری شیشه‌ای یا پلاستیکی افشانده می‌شود که خود با مولکول‌هایی که باعث محکم نگهداشتن و حفظ میله‌های مولکولی به پلاستیک می‌شوند اندود شده است.
بهره برداری از توتون برای پرورش سلول‌های خورشیدی
گیاهان توتون تنها ارگانیسم‌هایی به شمار نمی‌روند که هدف آزمون گروه تحقیقاتی قرار گرفته است. محققان مزبور با جهش دادن کامل یک ویروس توانسته‌اند با موفقیت ژن‌های تولیدکننده عامل‌های مولکولی رنگی را به باکتری معروف ایی.کولی اضافه و به همین ترتیب سلول‌های خورشیدی را از آنها برداشت کنند.
به اعتقاد محققان، استفاده از ارگانیسم‌های زنده برای ایجاد سلول‌های خورشیدی مصنوعی در مقایسه با صفحات خورشیدی که به‌طور معمول و سنتی تولید می‌شوند از مزایای متعددی برخوردار است. از جمله این موارد می‌توان به مزیت زیست محیطی آن اشاره کرد که برخلاف سلول‌های خورشیدی رایج برای ساخت سلول‌های خورشیدی که تحت روندی زیستی تولید می‌شوند، نیازی به مواد شیمیایی که از نظر زیست محیطی سمی هستند، وجود ندارد. از طرفی، اجرای طرح پرورش سلول‌های خورشیدی در گیاهان توتون می‌تواند برای زارعین کار برداشت محصول سالانه‌ای از سلول‌های خورشیدی را در پی داشته باشد.
البته هر چند سلول‌های خورشیدی زیست محور به طور میانگین و از لحاظ زمانی به دوام سلول‌های خورشیدی سیلیکونی نمی‌رسند، اما در عین حال می‌توانند به عنوان یک منبع توان برقی ارزان، قابل حمل و نقل، موقتی و تجزیه‌پذیر از نظر زیستی عمل کنند. علاوه بر این، به عنوان یک راه‌حل می‌توان آنها را روی بسترهایی پلاستیکی یا شیشه‌ای به منظور استحصال انرژی افشاند.
به باور دانشمندان، گیاهان به خودی خود واجد نظام‌های کارآمد از پیش تشکیل شده برای تبدیل نور خورشید به قند و دیگر اشکال انرژی شیمیایی محسوب می‌شوند. اما موضوع جالب توجه در این میان، اقدام دانشمندان دانشگاه برکلی کالیفرنیاست که در نهایت توانسته‌اند مثل گیاهان از الکترون‌ها برای تولید انرژی الکتریکی استفاده کنند، اما به جای تولید قند، آنها هیدروکربن‌هایی ارائه می‌کنند که می‌توانند به عنوان منبع قدرت، موجب راه‌اندازی خودروها و هواپیماها شوند.
در واقع، یک سلول فتوشیمیایی همان چیزی است که برای این فناوری نوین استفاده می‌شود و یک سلول فتوولتائیک که نور خورشید را به برق تبدیل می‌کند، امکان دیگری است که در اینجا مطرح می‌شود.
با این اوصاف، دانشمندان بر این باورند که با ارائه فناوری‌های نوین زیست محوری از این دست، جای امیدواری وجود دارد که سلول‌های خورشیدی طبیعی بتوانند در آینده نزدیک در هر وسیله مصرفی که تا به حال از سلول‌های خورشیدی مصنوعی استفاده می‌کرده، جایگزین شوند و زمینه ورود سلول‌هایی که واقعا قادر به تبدیل نور به انرژی الکتریکی یا شیمیایی باشند بزودی فراهم شود و به این ترتیب بار گران دیگری از دوش دنیا و مشکل سوخت‌های فسیلی آن برداشته شود.
نظرات شما عزیزان:
آشنایی با سنسور خازنی
