علماء يحوّلون الكهرباء إلى ميثان عبر الكائنات الدقيقة

يجري باحثون أميركيون تجارب للاستفادة من الميكروبات متناهية الصغر ذات القدرة على تحويل الكهرباء إلى غاز الميثان، وهو العنصر الرئيسي في الغاز الطبيعي. وتقول مجلة «ساينس ديلي» الأميركية، في تقرير حديث لها، إن التجارب التي يجريها الباحثون من جامعتي ستانفورد وبنسلفانيا الأميركيتين سوف تفتح باب الأمل لتكون هذه الكائنات الدقيقة مصدراً للطاقة المتجددة. ويستهدف العلماء من هذه الخطوة إنشاء مصانع ميكروبية كبيرة، سوف تحوّل الكهرباء النظيفة من الرياح أو الطاقة الشمسية أو الطاقة النووية إلى وقود الميثان المتجدد وغيره من المركبات الكيميائية ذات الأهمية للصناعة. يقول ألفريد سبورمان، وهو أستاذ الهندسة الكيميائية والمدنية والبيئية في جامعة ستانفورد: «يشتق معظم الميثان اليوم من الغاز الطبيعي، وهو وقود أحفوري. والكثير من الجزيئات العضوية المهمة المستخدمة في الصناعة يتم تصنيعها من النفط. النهج الميكروبي الذي سنستخدمه من شأنه أن يقضي على الحاجة لاستخدام هذه الموارد الأحفورية». وبينما يعتبر الميثان نفسه أحد الغازات الدفيئة الهائلة، حيث تصل قوته إلى 20 مرة أكبر من قوة غاز ثاني أكسيد الكربون، فإن غاز الميثان الميكروبي يتم استخلاصه بأمان وتخزينه، وبالتالي التقليل من تسربه في الجو. ويوضح سبورمان بالقول: «إن العملية الميكروبية برمتها خالية من الكربون. جميع كميات غاز ثاني أكسيد الكربون التي انطلقت أثناء عملية الاحتراق تم اشتقاقها من الغلاف الجوي، وجميع الطاقة الكهربائية الآتية من مصادر الطاقة المتجددة أو الطاقة النووية، والتي تعتبر أيضاً خالية من ثاني أكسيد الكربون». وأشار إلى أن الميكروبات المنتجة لغاز الميثان يمكن أن تساعد على حل واحدة من أكبر التحديات بالنسبة للطاقة المتجددة على نطاق واسع، في ما يتعلق بفائض الكهرباء المولدة من محطات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. ويضيف سبورمان: «في الوقت الراهن لا توجد وسيلة جيدة لتخزين الطاقة الكهربائية. ومع ذلك، نحن نعلم أن بعض مولدات الميثان يمكن أن تنتج غاز الميثان مباشرة من تيار كهربائي. وبعبارة أخرى، فهي تقوم بتأييض الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية في شكل غاز الميثان، والتي يمكن تخزينها. يعتبر فهم كيفية عمل هذه العملية الأيضية هو محور بحثنا. فإذا كنا نستطيع تدبير مولدات لإنتاج غاز الميثان على نطاق واسع، فسوف يسهم ذلك في تغيير قواعد اللعبة». إن حرق الغاز الطبيعي يسرّع من ظاهرة تسخين الأرض عن طريق انبعاث ثاني أكسيد الكربون المطمور تحت الأرض لآلاف السنين. ويتبع فريق الباحثين من جامعتي ستانفورد وبنسلفانيا نهجاً «أكثر اخضراراً» لإنتاج غاز الميثان. وبدلاً من استخدام الحفارات والمضخات، يتصور العلماء استخدام مفاعلات حيوية ضخمة ومليئة بمولدات الميثان، وهي عبارة عن كائنات حية دقيقة وحيدة الخلية تشبه البكتيريا، لكنها تنتمي إلى مجموعة متميزة من الميكروبات الفريدة وراثياً وتسمى «العتائق». ووفقاً للمعايير البشرية، فإن نمط حياة مولدات الميثان يتسم بالتطرف. فلا يمكنها أن تنمو في وجود الأكسجين. وبدلاً من ذلك، فهي تتغذى بانتظام على ثاني أكسيد الكربون والإلكترونات الموجودة في الغلاف الجوي المأخوذة من غاز الهيدروجين. والناتج الثانوي لهذه الوجبة الميكروبية هو الميثان النقي، الذي تفرزه مولدات الميثان في الغلاف الجوي. ويعتزم الباحثون استخدام هذا الميثان كوقود للطائرات والسفن والمركبات. وعلى مستوى السيناريو المثالي، سوف تتم تغذية مولدات الميثان بإمدادات ثابتة من الإلكترونات المتولدة من مصادر الطاقة الخالية من الانبعاثات الضارة، مثل الخلايا الشمسية وتوربينات الرياح والمفاعلات النووية. وتستخدم الميكروبات هذه الإلكترونات النظيفة لتأييض ثاني أكسيد الكربون إلى غاز الميثان، ومن ثم يمكن تخزينها وتوزيعها من خلال منشآت الغاز الطبيعي القائمة وخطوط الأنابيب عند الحاجة. وعندما يتم حرق الميثان الميكروبي كوقود، ستتم إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون في الجو حيث نشأت، على عكس عملية الاحتراق التقليدية للغاز الطبيعي، الأمر الذي يسهم في ظاهرة تسخّن الأرض. لكي تصبح هذه التكنولوجيا الجديدة مجدية على الصعيد التجاري، لا بد من مواجهة عدد من التحديات الأساسية. يقول البروفسير بروس لوغان، وهو أستاذ في الهندسة المدنية والبيئية في جامعة ولاية بنسلفانيا: «في الوقت الذي تعد هذه التكنولوجيا بسيطة من الناحية النظرية، فإن هناك عقبات كبيرة يتعين التغلب عليها قبل أن يتسنى نشر تكنولوجيا تحويل الكهرباء إلى الميثان على نطاق واسع». وأضاف: «يرجع ذلك إلى أن العلوم الأساسية في ما يتعلق بكيفية قدرة هذه الكائنات على تحويل الإلكترونات إلى طاقة كيميائية لا تزال غير مفهومة بشكل صحيح».