Yaklaşık 30 yıl önce New York’ta ilk kez elektrik üretebilen bir bakteri izole edildi. Shewanella oneidensis adlı bu bakteri, California Üniversitesi’ndeki bir araştırma grubuna kimyasal olarak değiştirilmiş bir mikrobiyal yakıt hücresi yaratma konusunda ilham verdi. Shewanella, demir ve diğer mineralleri kullanarak metabolizmasının bir parçası olarak elektrik üretebilir. Bu sistem, hücre zarındaki akımı yönlendiren proteinlere dayanır.
Şu anda iki tür elektrik üreten bakteri bilinmektedir, Shewanella ve Geobacter. Elektrik üreten bu bakterilerin enerjinin en saf halini kullandıkları söylenebilir. Çünkü solunumlarında oksijeni kullanan tüm organizmalar, solunum reaksiyonlarının son aşamasında elektron transferi ile enerji depolarlar. Bu bakteri türleri arasındaki fark, oksijenli solunum yerine elektronları doğrudan alarak elektron akışı sırasında ihtiyaç duydukları enerjiyi, dolayısıyla elektriği üretmeleridir. Bunu yapmak için, taşlardan ve metallerden elektron şeklinde saf elektrik toplarlar. Batarya elektrotlarında bakteri üremesi üzerine yapılan deneyler de bu bakterilerin elektriği tüketerek elektrikten kurtulduklarını gösterdi.
Elektrolit üreten bakterilerin kimyasal modifikasyonu
Araştırmacılar, Shewanella mutant bakterisindeki kritik proteinleri taklit edebilen demir içeren bir molekül olan DSFO+’yı yarattı. Buradaki amaç, DSFO+’nın elektronları bir hücredeki proteinlere benzer şekilde aktarıp aktaramayacağını görmekti.
Bilim adamları DSFO+’nın organizmadaki etkisini değerlendirirken, bu molekül organizmanın elektrik üretme kabiliyetini artırdı ve mutant bakterilerde elektrik üretiminde yer alan proteinleri fonksiyonel olarak değiştirdi. Bu süreç mikrobiyal sistemin gelişmesine yol açtı. Böylece gelecekte organizmalar elektrik üreterek atık suyu arıtmak için kullanılabilir. Protein ikame molekülü, solunum sırasında hücre zarının yüzeyinde elektron taşınmasını da kolaylaştırdı. Böylece bakteri metabolizması iyileştirilir. Araştırma grubu, bakterinin doğal sürecine yardımcı olmak için kimyasal bir madde eklediklerini söyledi.
Organizmanın genetik mühendisliği yöntemleri yerine bir kimyasal madde ile modifiye edilmesinin nedeni, genetiği değiştirilmiş bakterilerin laboratuvar ortamından çıkıp doğal dengeyi bozma riskinin diğer GDO’lara göre daha yüksek olmasıdır.
Bu yeni yöntem, bakterileri kimyasal olarak değiştirir ve bakteriler çoğaldıkça sentetik molekülün oranını seyreltir. Sonuç olarak, molekül seyreltildiğinde sistem orijinal durumuna geri döner. Bu, mikroorganizmaları, genetiği değiştirilmiş suşlara göre atık su arıtımında kullanım için daha uygun hale getirir. Bu çalışmanın önemi, bakterilerde elektriksel etkileşimlerin varlığının keşfedilmesinde yatmaktadır.
Bir araştırma grubu bu bakterileri doğrudan elektrotlar üzerinde büyüttü ve elektrolit ile canlı tuttu. Araştırmacılar bu bakterileri elde ederken deniz tabanından bakteri içeren tortu topladılar ve laboratuvarda tortunun içine elektrotlar yerleştirdiler. Bu deneyde tortudaki organizmaların yüksek voltajlı bir elektrottan elektron alarak elektrik akımı ürettikleri belirlendi. NASA da bu keşifte yer alıyor. Bu cisimler çok az enerji kullanarak hayatta kalabildikleri için güneş sisteminin diğer bölümlerinde ortaya çıkabilecek yaşam formları için model teşkil edebilirler.
Elektrik üreten bakteriler her şekil ve boyutta olabilir. Birkaç yıl önce biyologlar, kablo gibi hareket eden saç benzeri iplikçikler üreten bakterileri keşfettiler. Bu filamentlerin elektronları hücrelere taşıdığı bulunmuştur. Bu yeteneği kullanarak, elektrik üretmek için farklı bakteri türleri yapılabilir. Ancak bu bakteriler muhtemelen büyük bir cihaz için gereken elektriği üretemeyecek, ancak atık suyu arıtmak için gereken elektriği üretebilirler.
bakteri taneleri
elektrik üreten bakteriler; Çamur, kanalizasyon veya atık içindeyken elektrik üretme yeteneğine sahiptir. Bir mikrobiyal yakıt hücresi (MFC) kullanılarak bu elektrik bakterilerden elde edilebilir. Bir MFC, anot ve katot olmak üzere iki elektrottan oluşur ve bunlar elektriksel olarak bağlıdır. Bu sistem içerisinde bakteriler elektronları tüketir ve normal metabolizmalarının bir parçası olarak elektrik üretirler. Ürettiği elektriği pozitif elektrota aktarır. Bu elektronlar bir elektrik akımı olarak toplanabilir ve daha sonra elektrik devresini tamamlayarak katoda geçirilebilir. Böylece bir tür pil oluştururlar. Bu işlemi işlevsel bir mikrobiyal yakıt hücresine dönüştürmek, hücreyi çamur, su, atık su veya atıkla doldurmak ve bakterilerin büyümesini beklemek kadar basittir.
Bakteriler elektronları anoda aktararak elektrik üretebilirler. Bunun için herhangi bir alet gerekmez. Bunu yapmak için benzersiz bir yapıya ihtiyaçları var. Bunun için filamentler üretirler ve bu filamentler metallerin yaptığı gibi elektronları doğrudan iletirler. Önceki yıllarda bilim adamları, biyolojik sistemlerin mineraller gibi davranmasının imkansız olduğunu düşünüyorlardı. Ancak bu iplikler nanoteller gibi davranabilir.
MFC uygulamaları, düşük güç nedeniyle çok sınırlıdır. Şu anda ABD’de bir MFC için en pratik uygulama, 16 pound ağırlığında olması ve yılda 16D-Hücreli pillere eşdeğer üretmesidir. Ancak MFC’den elektrik üretmek en önemli işlevi değildir. Çünkü MFC organik atıkları elektriğe dönüştürebilir. Biyolojik tedavi için de kullanılır. Bir MFC yalnızca aydınlatacak kadar güçlü elektrik üretebilir, ancak zehirli kimyasallardan arınmış toprak bundan daha değerlidir.
MFC, organik bileşikler üretmek için de kullanılabilir. Bu işleme mikrobiyal elektrosentez denir. Bir yıldan daha kısa bir süre önce keşfedildi. Mikrobiyal elektrosentezin en büyük avantajı, bakterilerin elektrik ve karbondioksit tüketmesi ve atık olarak organik bileşikler üretmesidir. Bu organik bileşenler, bütanol (petrol yerine kullanılır) veya şeker olabilir. Başka bir deyişle, bakteriler biyoyakıt üretebilir.
Biyoenerjinin birincil kaynağı, organik atıklardan metanol üretimidir. Bu süreçte bakteriler organik atıkları tüketir ve bunu metan üretmek için kullanır. Metan ayrıca ısıtma, elektrik üretimi ve gaz motorlarına güç sağlamak için de kullanılabilir. Metan üretimi sırasında bakterilerin elektriği ilettiği gözlemlenmiştir.
Bakterilerin enerji döngüsündeki rolü daha detaylı araştırıldığından, gelecekte bakterilerin biyoyakıtlar ve atık su arıtımı gibi alanlarda aktif olarak kullanılabileceği düşünülmektedir. Böylece şimdiye kadar kullanamadığımız enerji kaynaklarından gelecekte faydalanabiliriz.
kaynak:
1) https://www.futurity.org/shewanella-electricity-1356872-2/
2) https://www.newscientist.com/article/dn25894-meet-the-electric-life-forms-that-live-on-pure-energy/
3) https://theconversation.com/mud-power-how-bacteria-can-turn-waste-into-electricity-3677
yazar: Ayka Olkay
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]