ELEKTROAKTİF MİKROORGANİZMALAR

Dünya çapında artan nüfusun etkisiyle değişen dengeler, yenilenebilir enerji kaynaklarına odaklanılmasını ve hızlı bir şekilde artmasını sağlamıştır. Artan yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılabilmesi için ise bu enerjinin depolanması şart olmuştur. Ancak mevcut enerji depolama teknolojilerinin hiçbiri; finansal, çevresel, uzun ömür ve güç gibi özellikler bakımından gerekli kombinasyona sahip değildir. Bu sebeple tasarlanmış elektroaktif mikroplar normalde bir fotosentetik hücrede birlikte gerçekleştirilen reaksiyonları mekansal olarak ayıran ve biyolojik olarak verimliliği düzenleyebilen bir işlem olan yeniden bağlanmış karbon fiksasyonunu mümkün kılarak mevcut enerji depolama teknolojilerinin sınırlamalarının çoğuna hitap edebilir hale getirmiştir. Başarılı olursa, bu yenilenebilir elektriğin elektrokimyasal veya enzimatik karbon dioksit fiksasyonu ile depolanmasını ve daha sonra hidrokarbon ve uçucu olmayan polimerleri yüksek verimle içeren karbon bazlı enerji depolama molekülleri olarak depolanmasını sağlayabilir.

Tüm dünyada fotosentetik organizmaların yılda ortalama 4.000 EJ güneş enerjisi yakaladığı tahmin edilmektedir (yıllık ortalama ≈ 130 terawatt (TW) oranına karşılık gelmektedir). Bu enerji yakalama oranı, 20 TW olan mevcut dünya birincil enerji tüketiminden yaklaşık 6.5 kat daha yüksektir. Karasal fotosentetik organizmalar, bu enerjiyi, solunum nedeniyle karbon kaybından sonra, büyük ölçüde lignoselülozik biyokütle olarak yaklaşık 38 TW olarak depolar.Bu enerjiyi yakalamak, yılda 120 gigaton ton karbon gerektirir. Yapılan çalışmalar tüm işlemlerin tek hücrede gerçekleşmesinin fotosentezde verimsizliğe sebep olduğunu göstermiştir. Hücre CO2’yi sabitlemek için kullanabileceğinden çok daha fazla ışık emer ve fazlalığı ısı olarak yayar. Bu, CO2 fiksasyon sürecinin verimsizleşmesine yol açar ve fotosentez verimliliğinin teorik maksimum değerinin çok altına düşmesine neden olur. Tek bir hücrede ışık absorbsiyonu ve CO2-sabitleme kabiliyeti arasındaki hız uyumsuzluğu, genellikle fotosentetik bir organizma içinde birlikte gerçekleştirilen her bir görevi ayırarak ve bazılarını biyolojik olmayan eşdeğerlerle değiştirerek fotosentezi yeniden düzenleme girişimlerine yol açmıştır. Düzenlenen bu sistemlere genellikle mikrobiyal elektrosentez veya daha yakın zamanda söylendiği gibi ‘’yeniden işlenmiş karbon fiksasyonu’’ denir. Her ne kadar amaç, başlangıçta güneş enerjisinin fotosentezden çok daha yüksek verimde biyoyakıt olarak yakalanmasını ve depolanmasını sağlamak olsa da, bu ayrıştırma biyolojinin herhangi bir elektrik kaynağından enerjiyi depolamak için kullanılmasını da sağlar. İleri çalışmalarda, tasarlanan bu sistemlerin başarısı için biyolojik nanoyapıtların da gelişimini sağlayacağı düşünülmektedir.

KAYNAKÇA VE İLERİ OKUMA;

• Electrical Energy Storage with Engineered Biological Systems
  https://www.biorxiv.org/content/10.1101/595231v1.full