Fotosentez yapan laboratuvar ürünü sentetik bitkiler tarla açmak için yakılan Amazon ormanlarının yerini tutar mı? İnsanlar bir yandan dünyanın akciğerleri olan ormanları kesiyor, bir yandan da uzay istasyonundaki astronotların nefes alması için yapay yaprak üretiyor.
Sentetik biyoloji ürünü yapay yaprak, NASA’yı astronotlar için uzaya oksijen tankı taşımaktan kurtaracak ve uzay uçuşlarının maliyetini düşürecek. Bilim adamları yapay yaprak için doğal bitki hücrelerinden kloroplast aldılar ve bitki hücrelerinin fotosentez yapmasını sağlayan bu küçük hücre organlarını (organeller) ipek kumaşını oluşturan proteinlerin içine yerleştirdiler.
Dünyanın ilk yapay yaprağı fotosentez yaparak güneş ışığından enerji üretiyor ve bu süreçte atmosfere oksijen veriyor. Royal College of Art öğrencisi Julian Melchiorri’nin geliştirdiği yapay yaprak, tıpkı doğal bitkiler gibi topraktan su ve havadan karbondioksit emerek çevreye oksijen sağlıyor. Yapay yaprağın “eti” ise yerçekimsiz uzayda dayanıklı olması için ipek proteinlerinden imal ediliyor.
Yeşil devrim
Melchiorri yapay yaprak geliştirmekteki amacını şöyle açıklıyor: “NASA uzun mesafeli yolculuklarda uzayda yaşamamız için oksijen üretmenin farklı yollarını araştırıyor. Bu materyal uzayda bugünkünden daha uzaklara erişmemizi sağlayabilir.”
Melchiorri’nin yapay yaprağı işe yararsa astronotlar gelecekte uzak gezegenlere ve yakın yıldızlara uzay gemisiyle gidebilecekler. Bugün insanları 50 yıllık bir yıldızlar arası uzay yolculuğu için dondurmanın yolunu bulsak ve yolculuk süresini kısaltmak için füzyon motoru geliştirsek bile oksijen depolamak büyük problem.
Ya uzay gemilerine en az 1 yıllık oksijen depolayacağız (ki yedekleme ve psikoloji gibi nedenlerle o kadar uzağa en az 100 kişi gideceği için bu büyük bir sorun) ya da uzaydaki kuyruklu yıldızlardan su buzu çekerek gemide oksijen üreteceğiz (örneğin su moleküllerini hidrolizle parçalayarak). İkisi de uzay gemisinde yer kaplayan maliyetli teknolojiler.
Oysa gelecekte bu teknolojilerin ucuzlayacağını hesaba katacak olsak bile, yapay yaprak çok daha düşük maliyetli ve pratik bir çözüm sunuyor: Doğal fotosentez.
“İpek yaprak” projesi
Elbette Melchiorri yapay yaprağı modern ampulü bulan Edison gibi atölyede geliştirmedi. Bunun için Tufts Üniversitesi’nin ipek laboratuvarını kullandı ve gerçek yapraklardan çıkardığı kloroplastları mikroskobik ipek proteini örgüsünün içine yerleştirdi.
“Bu materyali doğrudan ipek liflerinden çıkardık” diyor Melchiorri: “Elimizdeki malzemenin moleküllerin stabilize olmasını [aşırı titremesini ve birbirinden koparak dağılmasını] önlemek gibi harika bir özelliği var. Kloroplastları bitki hücrelerinden çıkardıktan sonra ipek proteini moleküllerinin içine yerleştirdim. Böylece gerçek bir yaprak gibi yaşayan ve nefes alan, yani fotosentez yapan bir materyal elde etmiş oldum.”
Kloroplastlar güneş ışığından elde ettiği enerjiyi kullanarak, bitki hücrelerinin karbondioksit ve suyu glikoz (bir tür basit şeker) ve oksijene dönüştürmesini sağlıyor.
Güneş panellerinin modası geçiyor
Melchiorri henüz yapay yaprağın fotosentez kapasitesini ölçmedi ve bunu bir konsept çalışması olarak değerlendiriyor. Ancak gelecekte buluşunun dev bir seranın içine yerleştirilen uydu kentler ve şehir büyüklüğündeki dev gökdelenlerde kullanılacağını ümit ediyor. Küresel ısınma nedeniyle özellikle tropik bölgeler ve çöllerde sıcaklıklar yükselirken “arkoloji” denilen bu binalar şehirleri bir fanus içine alarak klima destekli temiz hava sağlayacak.
Yapay yapraklar ise klimaların aynı zamanda oksijen üretmesine izin verecek. Duvarları duvar kağıdı gibi kaplayan yapay yapraklar hem sıradan binalarda hem de arkolojilerde (sera kentlerde) “doğal havalandırma sistemi” gibi çalışarak koridorları nefes atığı karbondioksitten temizleyecek, üstelik karbondioksiti daha fazla oksijen üretmekte kullanacak.
Küresel ısınmaya çare olabilir mi?
Bugün Dünya’da son 10 bin yıl içinde yok olan bütün ormanları geri kazansak bile, doğal bitki örtüsünün insanların yol açtığı küresel ısınmayı engellemesi imkansız. Ancak yapay yapraklar ağaç yetişmeyen beton yığını şehirleri bile duvar kağıdı gibi kaplayarak küresel ısınmayı yavaşlatabilir. Aynı zamanda trafikteki egzoz gazını ve baca dumanını temizleyerek çevre kirliliğini de azaltabilir.
Klimalarla vantilatörlerin yerini yapay yapraklar alırsa fabrikalarda elektrik tüketimi ve klima üretimi azalacak, bu da sanayinin küçülmesini sağlayarak küresel ısınmayı daha fazla yavaşlatacaktır.
Kaynak: http://khosann.com/