لطالما غذى ضوء الشمس الحياة بهدوء، حيث يسقط على الغابات والمحيطات والحقول باستمرار أقدم من تاريخ البشرية نفسه. الآن، يستكشف العلماء طرقًا جديدة لتوجيه تلك الطاقة نفسها من خلال أنظمة مختبرية مصممة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى كتلة حيوية حية، وهو تطور يقول الباحثون إنه قد يساهم في طرق الإنتاج المستدامة في المستقبل.

تركز الأبحاث على تحويل ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون الجوي إلى مواد بيولوجية باستخدام أنظمة مصممة هندسيًا تحاكي أو تعزز عملية التمثيل الضوئي الطبيعية. يأمل العلماء المشاركون في هذا العمل أن يدعم هذا النهج في النهاية عمليات صناعية أنظف مع تقليل الاعتماد على الموارد القائمة على الوقود الأحفوري.

تؤدي عملية التمثيل الضوئي بالفعل هذه الوظيفة عبر العالم الطبيعي. تمتص النباتات والطحالب وبعض الكائنات الدقيقة ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون لإنتاج مواد عضوية غنية بالطاقة. يحاول الباحثون الآن تكرار أجزاء من تلك العملية بشكل أكثر كفاءة من خلال التكنولوجيا الحيوية المتقدمة والهندسة البيولوجية الاصطناعية.

وفقًا للفرق البحثية المعنية، تجمع الأنظمة التجريبية بين مواد حساسة للضوء وميكروبات حية قادرة على تحويل الكربون الملتقط إلى كتلة حيوية. في بعض الحالات، تساعد الكهرباء الناتجة عن ضوء الشمس في دفع التفاعلات الكيميائية التي تغذي نمو الميكروبات وإنتاج المواد.

يقول العلماء إن التكنولوجيا لا تزال في مراحلها الأولى من التطوير، لكن الآثار المحتملة قد تكون كبيرة. قد تشمل التطبيقات المستقبلية إنتاج الوقود المستدام، والمواد القابلة للتحلل، ومكونات الطعام، أو المواد الكيميائية الصناعية التي تم إنشاؤها باستخدام الكربون الملتقط بدلاً من الموارد الأحفورية المستخرجة حديثًا.

تأتي هذه الجهود في ظل تزايد الاهتمام العالمي بتقنيات إدارة الكربون. تدرس الحكومات والباحثون في جميع أنحاء العالم طرقًا لتقليل تركيزات غازات الدفيئة مع دعم النشاط الاقتصادي. يعتقد العديد من الخبراء أن الجمع بين الطاقة المتجددة، والتقاط الكربون، والابتكار البيولوجي سيكون ضروريًا لتحقيق الأهداف المناخية على المدى الطويل.

يحذر الباحثون من أن توسيع نطاق هذه الأنظمة للاستخدام الصناعي على نطاق واسع يمثل تحديات كبيرة. لا تزال الكفاءة، وتكاليف البنية التحتية، وتخزين الطاقة، والاستقرار البيولوجي مجالات تتطلب مزيدًا من الدراسة. لا يترجم النجاح في المختبر دائمًا بسهولة إلى نشر تجاري على نطاق واسع.

ومع ذلك، تعكس الأبحاث كيف أن التفكير العلمي حول حلول المناخ يستمر في التطور. بدلاً من رؤية ثاني أكسيد الكربون كفضلات فقط، يرى بعض العلماء بشكل متزايد أنه مورد يمكن إعادة توجيهه إلى دورات بيولوجية وصناعية مفيدة تحت ظروف خاضعة للرقابة بعناية.

لا يزال المشروع قيد الدراسة النشطة، حيث يواصل الباحثون تحسين العملية وتقييم تأثيرها البيئي. في الوقت الحالي، يقدم العمل لمحة عن كيفية محاولة التقنيات المستقبلية العمل بشكل أقرب مع الكيمياء الطبيعية التي دعمت الحياة على الأرض لعدة مليارات من السنين.

تنبيه صورة الذكاء الاصطناعي: تم إنتاج بعض الصور العلمية المرافقة لهذه المقالة من خلال صور مفاهيمية تم إنشاؤها بواسطة الذكاء الاصطناعي.

المصادر: Nature Biotechnology، MIT Technology Review، Science Magazine، Reuters، DOE Office of Science