חיידק האי-קולי: מקור אנרגיה עתידי?

עבור רוב האנשים המונח "אשריכיה קולי" הינו שם נרדף להרעלת מזון ופניקה מחומוס, אך פרופסור באוניברסיטת טקסס, במחלקה להנדסת כימיה, חוזה כי החיידק המסוים הזה יכול לשמש כמקור אנרגיה עתידי, ולספק אנרגיה להנעת כלי רכב ולחימום הבתים שלנו.

באמצעות שינוי גנטי של החיידק, אילץ תומאס ווד, פרופסור במחלקה להנדסת כימיה, זן מסוים של חיידק האשריכיה קולי

לייצר כמות משמעותית של מימן. למעשה, הזן של פרופסור ווד מייצר מימן בכמות שהיא פי 140 גדולה יותר מהכמות המקורית שמייצר החיידק, בהתאם למאמר המתאר את ממצאיו ומפורסם בכתב-העת Microbial Biotechnology.

למרות שהחוקר מודע לעובדה כי עדיין נותרה עבודה רבה לפני שמחקרו יתורגם ליישומים מסחריים, הצלחתו הראשונית יכולה להוות קרש קפיצה רציני במסלול לכלכלה המבוססת על מימן, תחום שרבים מאמינים כי הוא התקווה העתידית של האנושות. אספקה מתחדשת, נקייה ויעילה של מימן הינה רכיב מפתח בטכנולוגיה של תאי-דלק, להם יש את היכולת העתידית לספק אנרגיה למוצרים רבים ומגוונים החל מאלקטרוניקה ניידת ומכוניות ועד לתחנות כוח.

כיום, רוב המימן המופק לשימוש עולמי מתקבל על ידי תהליך של פירוק מים למרכיביו – מימן וחמצן. אולם, תהליך זה יקר ודורש כמות אנרגיה רבה, וזו אחת מהסיבות העיקריות לעובדה כי טכנולוגיה זו אינה מפתה במיוחד לשימוש. מחקרו של פרופסור ווד עם חיידק האשריכיה קולי יכול לשנות זאת.

עוד ב-"הידען": בקבוקי פלסטיק משחררים כימיקל מסוכן בעקבות מגע עם נוזלים חמים

בלתי מזיק ברובו

למרות שהציבור מורגל לשמוע על הזן המסוים של החיידק הגורם להרעלת מזון באדם, רוב הזנים נפוצים ובלתי-מזיקים ומקצתם אף מסייעים למארחיהם על ידי מניעת חדירתם של חיידקים מזיקים אחרים לדרכי-העיכול של האדם. למעשה, השימוש בחיידק הזה במדע אינו חדש כלל ועיקר והוא מאפשר ייצור אינסולין לאדם ופיתוח חיסונים שונים. אך כמקור אנרגיה אפשרי? זהו תחום חדש והוא נפרץ על ידי פרופסור ווד ועמיתיו למחקר.

באמצעות הסרה בררנית של ששה גנים מסוימים ב-DNA של אשריכיה קולי, ווד הצליח להפוך את החיידק למיני-מפעל לייצור מימן ה"מתודלק" ע"י סוכר. באופן מדעי, ווד הצליח להגביר באופן משמעותי את התהליך הטבעי של החיידק להפיכת גלוקוזה לאנרגיה ולשחרור מימן בתהליך. לחיידקים אלו יש 5000 גנים המאפשרים להם לשרוד למרות כל השינויים הסביבתיים", מסביר ווד.

"כאשר אנו מסירים חלק מה-DNA החיידקים הופכים לפחות תחרותיים. לא הוספנו להם יכולת שלא הייתה להם. הם לא הרוויחו דבר – הם דווקא הפסידו. החיידקים שיצרנו תחרותיים פחות ומזיקים פחות בשל החלק שהוסר מהם." כאשר הסוכר הוא מזונו העיקרי, זן זה של החיידק יכול לנצל את התהליך הטבעי הקיים והיעיל לייצור סוכר מגידולים שונים כגון דגנים, אומר ווד. "רבים מהחוקרים מנסים להפוך גידולים שונים לסוג של סוכר כלשהו," מסביר ווד. "אנו מעוניינים להשתמש בסוכר זה ולהופכו למימן. אנו מתכוונים לקחת סוכר מגידולים שונים ותרכובות סינתטיות דמויות-סוכר ולהשתמש בחיידק להפוך אותם למימן".

סביר כי שיטות ביולוגיות כגון זו (הפקת מימן ע"י אשריכיה קולי באמצעות תהליך תסיסה) תבאנה לחיסכון כלכלי בייצור אנרגיה כיוון שאינן דורשות חשמל או חימום מרובים," אומר ווד. "אחד מהמרכיבים המסובכים ביותר בהנדסה כימית היא כיצד מתקבל המוצר שלך," מסביר החוקר. "במקרה דנן, התהליך פשוט ביותר בשל העובדה כי המימן הינו גז שפשוט מבעבע החוצה מהתמיסה. צריך פשוט לאסוף את הגז היוצא מהמבחנה וזהו – יש לך מימן נקי ומוכן לשימוש".

עוד ב"הידען": משיכר לדלק אורגני

כמובן, יש לתהליך יתרונות נוספים: "כצפוי, המחיר להקמת קו צינורות חדש לחלוטין לשם העברת המימן הינו גורם מרתיע בשימוש טכנולוגיות תאי-דלק המבוססות על מימן. בנוסף, ישנו הסיכון הבטיחותי המוגבר בהעברת מימן שהינו גז דליק. התמיסה, מסביר ווד, מפיקה מימן בו במקום. "ניתן להעביר סוכר ואם הוא נשפך לא קורה כל אסון," מסביר החוקר. "הרעיון שלנו הוא שניתן לקבל מימן בדיוק במקום בו אתה צריך אותו."

כמובן שכל הפרטים הללו הם בהמשך הדרך. כרגע ווד עדיין עסוק במעבדה עצמה, בלשדרג את התהליך הטומן בחובו יכולת רבה. היעד, הוא אומר, הינו להפיק כמה שיותר מכמה שפחות. "קח את ביתך, לדוגמא," אומר ווד. "גודל הריאקטור שאותו נצטרך לשם יישום הטכנולוגיה הנ"ל, יהיה קטן מגודלו של מיכל דלק של 1000 ליטר, המצוי בבית טיפוסי בחוף המזרחי של ארצות הברית. זה אינו סוף הסיפור, אך אם כבר היום ניישם את הטכנולוגיה הזו נוכל להמיר כמות של כ-80 ק"ג סוכר ליום, לשם הפקת כמות מימן שתספיק לצורכי האנרגיה של מעון אמריקאי טיפוסי למשך יממה שלמה. "אנו מנסים לייצר חיידק שלא יזדקק ל- 80 ק"ג סוכר – כי אם קרוב יותר לשמונה ק"ג".