Bitkilerden Yakıt Üretimi için Daha Düşük Maliyetli Bir Yöntem Geliştiriliyor

Fotoğraf: Bu yeni keşifle biyoyakıt üretimi daha uygun maliyetli hale getirilebilir.

Bilim insanları, birçok biyolojik proseste kimyasal bir reaksiyon gerçekleştirmenin ve bu sayede bitkilerden biyoyakıt oluşturmanın daha ucuz ve verimli bir yolunu buldular.

Dünyanın dört bir yanından bilim insanları yıllardır biyoyakıtları ve diğer biyoürünleri daha düşük maliyetlerle üretmeye çalışıyorlar; Scientific Reports dergisinde yayımlanan bu çalışma, bunun mümkün olduğunu öne sürüyor.

Ohio Eyalet Üniversitesi’nde kimya ve biyokimya profesörü ve aynı zamanda makalenin kıdemli yazarı Venkat Gopalan, “Son ürününüzün fosil yakıtlarla rekabet edebilmesini istiyorsanız, şekeri alkole dönüştürme prosesi çok verimli olmalıdır,” diyor. “Bunun yapım süreci sağlam bir şekilde yapılandırıldı, ancak maliyeti, devletten önemli para yardımları olsa bile, onu rekabetçi kılmıyor. Bu yeni gelişme muhtemelen maliyeti düşürmeye yardımcı olacaktır.”

Buluşlarının odak noktasında, hücrelerdeki karbonun enerjiye dönüştürülmesini sağlayan ‘yardımcı molekülleri’ oluşturmanın daha ucuz ve daha basit bir yöntemi var. Kimyagerlerin kofaktör dediği bu yardımcı moleküller, nikotinamid adenin dinükleotid (NADH) ve onun türevi olan NADPH’dir. Uzun zamandır, indirgenmiş biçimdeki bu kofaktörlerin bitkilerdeki şekeri, yakıtlar için bütanol veya etanole dönüştürmede önemli bir yer aldığı biliniyor. Bu iki kofaktör, kanser hücrelerinin metabolizmasının yavaşlatılmasında önemli bir rol oynuyor ve bazı kanser türleri için tedavide odak konumunda.

Ancak, NADH ve NADPH pahalı kofaktörler.

Ohio Eyalet Üniversitesi’nden kısa bir süre önce emekli olan mühendislik profesörü ve makalede kıdemli yazar olan Vish Subramaniam, “Üretim maliyetini yarıya indirirseniz, bu biyoyakıtları, benzinle esnek yakıtlar yapmak için çok cazip bir katkı maddesi haline getirir,” diyor. “Bütanol genellikle bir katkı maddesi olarak kullanılmaz, çünkü ucuz değildir. Ancak, bunu ucuza yapabilirseniz, hesap aniden değişir. Bütanolün maliyetini yarıya düşürebilirsiniz, çünkü maliyet bu kofaktörün kullanımına bağlıdır.”

Araştırmacılar, laboratuvarda bu indirgenmiş kofaktörleri oluşturmak için iki ucuz element olan nikel ve bakırı katmanlayarak bir elektrot oluşturdular. Bu elektrot, NADH ve NADPH’yi karşılık gelen yükseltgenmiş formlarından yeniden oluşturmalarına olanak sağlıyor. Araştırmacılar, laboratuvarda oluşturdukları elektrotun biyokütleyi, yani bitki hücrelerini, biyoyakıtlara dönüştürmeye yardımcı olabileceğini göstermek için bir deneme olarak, NADPH’yi farklı bir molekülden alkol üretiminde bir kofaktör olarak kullanmayı denediler ve başarılı oldular. Bu çalışma, Subramaniam Laboratuvarı’ndan makine ve havacılık mühendisliği yüksek lisans öğrencileri olan Jonathan Kadowaki ve Travis Jones ve Gopalan Laboratuvarı’nda doktora sonrası araştırmacı olan Anindita Sengupta tarafından gerçekleştirildi.

NADH ve NADPH, hücrelerin içindeki pek çok enerji dönüştürme prosesinin merkezinde yer aldığından, bu keşif diğer sentetik uygulamalara yardımcı olabilecek.

Subramaniam’ın önceki çalışması, elektromanyetik alanların bazı meme kanserlerinin yayılmasını yavaşlattığını gösterdi. Subramaniam, 31 Aralık’ta Ohio Eyalet Üniversitesi’nden emekli oldu.

“Bu keşif bağlantılı,” diyor. “Bilim insanlarının bazı kanser hücrelerinde elektron akışını daha kolay ve ekonomik bir şekilde kontrol ederek, büyümelerini ve metastaz yapma yeteneklerini potansiyel olarak yavaşlatmaları mümkün olabilir.”

Subramaniam, daha sonraki bilimsel kariyerinin çoğunu, bilim insanlarının, karbondioksiti oksijene dönüştürmek için güneşin enerjisini kullanılabilmesi amacıyla sentetik bir bitki yaratıp yaratamayacağını araştırmakla geçirdi. Yeterince geniş bir ölçekte, böyle bir oluşumla atmosferdeki karbondioksit miktarını potansiyel olarak azaltılabileceğini ve iklim değişikliğinin ele alınmasına yardımcı olabileceğini düşünüyor.

Subramaniam, “‘Sentetik bir bitki üretebilir miyiz? Bu küresel ısınma sorununu karbondioksit ile çözebilecek bir şeyler yapabilir miyiz?’ sorularıyla her zaman ilgilenmişimdir,” diyor. “Ormanları tahrip ederek onları yok etmeye devam ettiğimiz için bunu bitkilerle yapmak mümkün değilse, bunu yapmanın başka, inorganik yolları var mı?”

Bitkiler karbondioksiti, sonunda fotosentez yoluyla oksijene dönüşen, şekere dönüştürmek için NADPH’yi kullanırlar. Bu keşif, NADPH’yi daha erişilebilir ve daha uygun fiyatlı hale getirme, yapay bir fotosentez reaksiyonu gerçekleştirmeyi mümkün kılma hedefine doğru bir adım olabilir.

Ancak, en olası ve doğrudan uygulaması biyoyakıtlar içindir.

Biyokimyacılar ve mühendisler genellikle ortak laboratuvar araştırması yapmazlar. Bu yüzden, araştırmacıların bu bilimsel araştırma için bir araya gelmesi nadirdi.

Gopalan ve Subramaniam, Ohio Eyalet Üniversitesi’nin Uygulamalı Bitki Bilimleri Merkezi’nin (CAPS) ev sahipliği yaptığı bir beyin fırtınası oturumunda bir araya geldi ve kendilerine toplumun en büyük sorunlarından bazılarını çözmeye yardımcı olabilecek “yaratıcı fikirler” hakkında düşünmeleri söylendi. Subramaniam, Gopalan’a elektrotlar ve hücrelerle yaptığı çalışmalardan bahsetti. Gopalan, “ve sonrasında bu projeyi tartıştık,” diyor. “CAPS atölyesi olmasaydı kesinlikle birbirimizle bunu konuşmazdık.”

Kaynak: phys.org