20. yüzyılın ikinci yarısında, ‘yeşil devrim’ olarak adlandırılan bir tarım patlaması büyük oranda küresel bir gıda krizi önlemeyle alakalıydı. Şimdi, dünyanın artan nüfusunu besleme sorunu yine tezgâhta duruyor. Meydan okumaya yardımcı olmak için araştırmacılar, ürünlerin yetiştirildiği topraklarda gübre yapmak için bakteri, güneş ışığı, su ve hava kullanan bir ‘biyonik’ yaprak sundu.
20. yüzyılın ikinci yarısında, gübre kullanımının toplu kullanımı, “yeşil devrim” adı verilen ve küresel bir gıda krizinin önlenmesiyle alakalı bir tarım patlamasının parçasıydı. Şimdi, dünya beslenme mücadelesi, nüfus balonu devam ettikçe tekrar ortaya çıkıyor. Araştırmacılar, bir sonraki tarımsal devrimi teşvik etmek için, ürünlerin yetiştirildiği topraklarda gübre yapmak için bakteri, güneş ışığı, su ve hava kullanan “biyonik” bir yaprak icat ettiler.
Ekip bugünkü çalışmayı 253. Ulusal Kimya Topluluğunun (ACS) Ulusal Toplantısı ve Fuarında sunacak.
Daniel Nocera, “Merkezi bir süreç ve büyük bir altyapıya sahip olduğunuzda, gübreyi kolayca üretip teslim edebilirsiniz” diyor. “Ama şunu söylersem, Hindistan’daki bir köyde kirli suyun yerinde yapmalısın – unutun … Gelişmekte olan dünyadaki daha düşük ülkeler her zaman bunu yapmak için kaynaklara sahip değiller. Dağıtılmış bir sistem çünkü gerçekten ihtiyaç duyulan yer bu “dedi.
1960’lı yılların ilk “yeşil devrimi”, çiftçilik üretimine yardımcı olan yeni pirinç ve buğday çeşitleri üzerinde gübre kullanımının arttığını gördü. Dönüşüm ciddi bir çevreye zarar vermesine rağmen, Birleşmiş Milletler Gıda ve Tarım Örgütü’ne göre özellikle Asya’da milyonlarca insanın hayatını kurtarmıştı. BM’ye göre, dünyanın en yoksul ülkelerinin bazılarında meydana gelen bu artışın büyük kısmı 2050 yılına kadar 2 milyardan fazla kişi tarafından artıyor ve dünya nüfusu artmaya devam ediyor. Herkes için yiyecek sunmak çok yönlü bir yaklaşım gerektirir, Ancak uzmanlar genelde taktiklerden birinin tarım için daha fazla arazinin temizlenmesini önlemek için mahsul verimi artırılması gerektiğini kabul ediyorlar.
Bir sonraki yeşil devrime katkıda bulunmak için, Harvard Üniversitesi’nde bulunan Nocera, yapay yaprak olarak gübre yapmak için yaptığı en meşhur eseri üzerine inşa ediyor. Suni yaprak, güneş ışığına maruz bırakıldığında suyun hidrojen ve oksijene bölünmesiyle doğal bir yaprağı taklit eden bir cihazdır. Bu, suyu bölen katalizörü , hidrojen tüketen ve sıvı yakıt üretmek için havadan karbon dioksit alan Ralstonia eutropha bakterilerini ikiye katlayan biyonik bir yaprağın geliştirilmesine yol açtı . Geçen Haziran ayında, Nocera’nın ekibi, mikroplara zehirli olan cihazın nikel-molibden çinko katalizörünü, bakteri dostu bir kobalt ve fosfor alaşımı ile değiştirdiğini bildirdi. Yeni sistem, doğal fotosentezden daha fazla biyokütle ve sıvı yakıt verimi sağladı.
Nocera “Yakıtlar sadece ilk adımdı” dedi. “Bu noktaya gelindiğinde, yenilenebilir bir kimyasal sentez platformuna sahip olabileceğinizi gösterdik, şimdi başka tür bir bakterinin atmosfere göre gübre yapmak için azotu atmasıyla genelliğini sergiliyoruz.”
Bu uygulama için, Nocera’nın ekibi, Xanthobacter bakterilerinin yapay yapraktan hidrojeni ve atmosferdeki karbon dioksiti hidrojen saptayarak, bakterilerin kendilerini yakıt olarak sakladığı biyoplastik yapacak bir sistem tasarladı.
Nocera, “Böceği toprağa koyabiliyorum çünkü zaten biyoplastik yapmak için güneş ışığı kullandı” dedi. “Ardından böcek havadan azot çekti ve bitkileri gübrelemek için amonyak yapmak için fiksasyon döngüsünü çalıştırmak için temelde hidrojen depolanan biyoplastiği kullandı.”
Nocera’nın laboratuvarı, sistemin ürettiği amonyak miktarını analiz etti. Ancak gerçek kanıtı turunçgiller içinde. Araştırmacılar yaklaşımlarını beş ürün döngüsü büyütmek için kullandılar. Biyonik yapraktan elde edilen gübreyi alan sebzeler kontrol bitkilerinden% 150 daha fazla ağırlığa sahiptir. Nocera’ya göre, bir sonraki adım, günde Hindistan’daki veya Sahra altı Afrika’daki çiftçilerin kendi gübrelerini üretebilecekleri şekilde artırmaktır.
Kaynak:
American Chemical Society