นักวิทยาศาสตร์ชาวออสเตรเลียค้นพบเอนไซม์ที่เปลี่ยนอากาศเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ และได้รับการตีพิมพ์ในวารสารชั้นนำอย่าง Nature เผยให้เห็นว่าเอนไซม์นี้ใช้ไฮโดรเจนในปริมาณต่ำในชั้นบรรยากาศเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้า ซึ่งการค้นพบนี้ได้เปิดทางให้มีการสร้างอุปกรณ์ด้วยพลังงานจากอากาศบริสุทธิ์อย่างแท้จริง
ทีมวิจัยซึ่งนำโดย ดร. ริส กรินเทอร์ แอชลีห์ ครอปป์ นักศึกษาระดับปริญญาเอก และศาสตราจารย์ คริส กรีนิงจากสถาบันวิจัยชีวการแพทย์แห่งมหาวิทยาลัยโมนาชในเมลเบิร์น ประเทศออสเตรเลีย ได้ทำการผลิตและวิเคราะห์เอนไซม์ที่ใช้ไฮโดรเจนจากแบคทีเรียในดินทั่วไป
การค้นพบล่าสุดของทีมแสดงให้เห็นว่าแบคทีเรียจำนวนมากใช้ไฮโดรเจนจากชั้นบรรยากาศเป็นแหล่งพลังงานในสภาพแวดล้อมที่มีสารอาหารต่ำ
“เราทราบมาระยะหนึ่งแล้วว่าแบคทีเรียสามารถใช้ไฮโดรเจนในอากาศเป็นแหล่งพลังงานเพื่อช่วยให้พวกมันเติบโตและอยู่รอด รวมถึงในดินแอนตาร์กติก ปล่องภูเขาไฟ และมหาสมุทรลึก แต่เราไม่รู้ว่าพวกมันทำสิ่งนี้ได้อย่างไรจนกระทั่งตอนนี้” ศาสตราจารย์กรีนิงกล่าว
ในวารสาร Nature ระบุว่า นักวิจัยได้สกัดเอนไซม์ที่ใช้ไฮโดรเจนในชั้นบรรยากาศจากแบคทีเรียที่ชื่อว่า ‘มัยโคแบคทีเรีย (Mycobacterium smegmatis)’ พวกเขาแสดงให้เห็นว่าเอนไซม์ที่เรียกว่า ‘Huc’ สามารถเปลี่ยนก๊าซไฮโดรเจนให้เป็นกระแสไฟฟ้าได้
ดร.กรินเทอร์ตั้งข้อสังเกตว่า “Huc มีประสิทธิภาพมากเป็นพิเศษ ไม่เหมือนกับเอนไซม์และตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีอื่นๆ ที่เรารู้จักทั้งหมด มันใช้ไฮโดรเจนต่ำกว่าระดับชั้นบรรยากาศเพียง 0.00005% ของอากาศที่เราหายใจ”
ทั้งนี้ พบว่า นักวิจัยใช้วิธีการที่ทันสมัยหลายวิธีในการเปิดเผยพิมพ์เขียวระดับโมเลกุลการเกิดออกซิเดชันของไฮโดรเจนในชั้นบรรยากาศ พวกเขาใช้กล้องจุลทรรศน์ขั้นสูง (cryo-EM) เพื่อกำหนดโครงสร้างอะตอมและทางเดินไฟฟ้า นอกจากนี้ พวกเขายังใช้เทคนิคที่เรียกว่า เคมีไฟฟ้า เพื่อแสดงให้เห็นว่าเอนไซม์บริสุทธิ์สร้างกระแสไฟฟ้าที่ความเข้มข้นของไฮโดรเจนเล็กน้อย
ส่วนงานในห้องปฏิบัติการที่ดำเนินการโดยครอปป์ นักศึกษาระดับปริญญาเอก ก็แสดงให้เห็นว่าสามารถเก็บ เอนไซม์ Huc บริสุทธิ์ไว้ได้นาน “มันเสถียรอย่างน่าประหลาดใจ เป็นไปได้ที่จะทำให้เอนไซม์แข็งตัวหรือทำให้ร้อนถึง 80 องศาเซลเซียส และยังคงรักษาพลังของมันไว้เพื่อสร้างพลังงาน…สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นว่าเอนไซม์นี้ช่วยให้แบคทีเรียสามารถอยู่รอดได้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงที่สุด” ครอปป์กล่าว
เอนไซม์ Huc คือ ‘แบตเตอรี่ธรรมชาติ’ ที่ผลิตกระแสไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องจากอากาศหรือไฮโดรเจนที่เติมเข้าไป แม้ว่าการวิจัยนี้จะอยู่ในขั้นเริ่มต้น แต่การค้นพบเอนไซม์ Huc ก็มีศักยภาพอย่างมากในการพัฒนาอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากอากาศขนาดเล็ก เช่น เป็นทางเลือกแทนอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์
ทั้งนี้ แบคทีเรียที่ผลิตเอนไซม์ Huc นั้นมีอยู่ทั่วไปและสามารถเติบโตได้ในปริมาณมาก หมายความว่าเราสามารถเข้าถึงแหล่งของเอนไซม์ที่ยั่งยืนได้ ขณะที่ ดร. กรินเทอร์ กล่าวว่า “เป้าหมายหลักสำหรับงานในอนาคตคือการเพิ่มขนาดการผลิตของเอนไซม์ Huc…เมื่อเราผลิตเอนไซม์ Huc ในปริมาณที่เพียงพอ ท้องฟ้าก็ค่อนข้างจะถึงขีดจำกัดในการใช้มันเพื่อผลิตพลังงานสะอาด”
ทีมวิจัยซึ่งนำโดย ดร. ริส กรินเทอร์ แอชลีห์ ครอปป์ นักศึกษาระดับปริญญาเอก และศาสตราจารย์ คริส กรีนิงจากสถาบันวิจัยชีวการแพทย์แห่งมหาวิทยาลัยโมนาชในเมลเบิร์น ประเทศออสเตรเลีย ได้ทำการผลิตและวิเคราะห์เอนไซม์ที่ใช้ไฮโดรเจนจากแบคทีเรียในดินทั่วไป
การค้นพบล่าสุดของทีมแสดงให้เห็นว่าแบคทีเรียจำนวนมากใช้ไฮโดรเจนจากชั้นบรรยากาศเป็นแหล่งพลังงานในสภาพแวดล้อมที่มีสารอาหารต่ำ
“เราทราบมาระยะหนึ่งแล้วว่าแบคทีเรียสามารถใช้ไฮโดรเจนในอากาศเป็นแหล่งพลังงานเพื่อช่วยให้พวกมันเติบโตและอยู่รอด รวมถึงในดินแอนตาร์กติก ปล่องภูเขาไฟ และมหาสมุทรลึก แต่เราไม่รู้ว่าพวกมันทำสิ่งนี้ได้อย่างไรจนกระทั่งตอนนี้” ศาสตราจารย์กรีนิงกล่าว
ในวารสาร Nature ระบุว่า นักวิจัยได้สกัดเอนไซม์ที่ใช้ไฮโดรเจนในชั้นบรรยากาศจากแบคทีเรียที่ชื่อว่า ‘มัยโคแบคทีเรีย (Mycobacterium smegmatis)’ พวกเขาแสดงให้เห็นว่าเอนไซม์ที่เรียกว่า ‘Huc’ สามารถเปลี่ยนก๊าซไฮโดรเจนให้เป็นกระแสไฟฟ้าได้
ดร.กรินเทอร์ตั้งข้อสังเกตว่า “Huc มีประสิทธิภาพมากเป็นพิเศษ ไม่เหมือนกับเอนไซม์และตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีอื่นๆ ที่เรารู้จักทั้งหมด มันใช้ไฮโดรเจนต่ำกว่าระดับชั้นบรรยากาศเพียง 0.00005% ของอากาศที่เราหายใจ”
ทั้งนี้ พบว่า นักวิจัยใช้วิธีการที่ทันสมัยหลายวิธีในการเปิดเผยพิมพ์เขียวระดับโมเลกุลการเกิดออกซิเดชันของไฮโดรเจนในชั้นบรรยากาศ พวกเขาใช้กล้องจุลทรรศน์ขั้นสูง (cryo-EM) เพื่อกำหนดโครงสร้างอะตอมและทางเดินไฟฟ้า นอกจากนี้ พวกเขายังใช้เทคนิคที่เรียกว่า เคมีไฟฟ้า เพื่อแสดงให้เห็นว่าเอนไซม์บริสุทธิ์สร้างกระแสไฟฟ้าที่ความเข้มข้นของไฮโดรเจนเล็กน้อย
ส่วนงานในห้องปฏิบัติการที่ดำเนินการโดยครอปป์ นักศึกษาระดับปริญญาเอก ก็แสดงให้เห็นว่าสามารถเก็บ เอนไซม์ Huc บริสุทธิ์ไว้ได้นาน “มันเสถียรอย่างน่าประหลาดใจ เป็นไปได้ที่จะทำให้เอนไซม์แข็งตัวหรือทำให้ร้อนถึง 80 องศาเซลเซียส และยังคงรักษาพลังของมันไว้เพื่อสร้างพลังงาน…สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นว่าเอนไซม์นี้ช่วยให้แบคทีเรียสามารถอยู่รอดได้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงที่สุด” ครอปป์กล่าว
เอนไซม์ Huc คือ ‘แบตเตอรี่ธรรมชาติ’ ที่ผลิตกระแสไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องจากอากาศหรือไฮโดรเจนที่เติมเข้าไป แม้ว่าการวิจัยนี้จะอยู่ในขั้นเริ่มต้น แต่การค้นพบเอนไซม์ Huc ก็มีศักยภาพอย่างมากในการพัฒนาอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากอากาศขนาดเล็ก เช่น เป็นทางเลือกแทนอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์
ทั้งนี้ แบคทีเรียที่ผลิตเอนไซม์ Huc นั้นมีอยู่ทั่วไปและสามารถเติบโตได้ในปริมาณมาก หมายความว่าเราสามารถเข้าถึงแหล่งของเอนไซม์ที่ยั่งยืนได้ ขณะที่ ดร. กรินเทอร์ กล่าวว่า “เป้าหมายหลักสำหรับงานในอนาคตคือการเพิ่มขนาดการผลิตของเอนไซม์ Huc…เมื่อเราผลิตเอนไซม์ Huc ในปริมาณที่เพียงพอ ท้องฟ้าก็ค่อนข้างจะถึงขีดจำกัดในการใช้มันเพื่อผลิตพลังงานสะอาด”
