پژوهشگران دانشگاه کمبریج از فناوری چاپ سه‌بعدی برای ایجاد شبکه‌هایی از محفظه‌های نانویی بلند استفاده کردند که در آنها، باکتری‌های علاقمند به خورشید می‌توانند به سرعت رشد کنند.سپس، پژوهشگران توانستند الکترون‌های زائد باکتری را که از فتوسنتز باقی مانده بودند، استخراج کنند. از این الکترون‌ها می‌توان برای تامین انرژی تجهیزات الکترونیکی کوچک استفاده کرد.

سایر گروه‌های پژوهشی، انرژی را از باکتری‌های فتوسنتزکننده استخراج کرده‌اند اما پژوهشگران دانشگاه کمبریج دریافته‌اند که تامین خانه مناسب برای باکتری‌ها، میزان انرژی را که می‌توانند استخراج کنند، افزایش می‌دهد. این یک روش رقابتی در برابر روش‌های سنتی تولید انرژی تجدیدپذیر به شمار می‌رود و می‌تواند با بسیاری از روش‌های کنونی تولید سوخت زیستی رقابت کند.

نتایج این پژوهش، راه‌های جدیدی را در تولید انرژی زیستی باز می‌کند و نشان می‌دهد که منابع بیوهیبریدی انرژی خورشیدی می‌توانند بخش مهمی در ترکیب انرژی با کربن صفر باشند.فناوری‌های تجدیدپذیر کنونی، مانند سلول‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون و سوخت‌های زیستی، از نظر انتشار کربن بسیار برتر از سوخت‌های فسیلی هستند اما محدودیت‌هایی نیز دارند. از جمله این محدودیت‌ها می‌توان به تکیه کردن بر معادن، چالش‌هایی در بازیافت و تکیه کردن بر کشاورزی و زمین اشاره کرد که به از دست دادن تنوع زیستی منجر می‌شود.

"دکتر جنی ژانگ"(Jenny Zhang)، سرپرست این پژوهش گفت: روش ما، گامی به سوی ساخت دستگاه‌های پایدارتر تولید انرژی تجدیدپذیر برای آینده است.ژانگ و همکارانش در بخش بیوشیمی و علوم مواد دانشگاه کمبریج سعی دارند تا انرژی زیستی را به صورت گزینه‌ای پایدار و مقیاس‌پذیر ارائه دهند.

باکتری‌های فتوسنتزکننده یا "سیانوباکتری‌ها"(cyanobacteria)، فراوان‌ترین موجودات روی زمین هستند. پژوهشگران طی چندین سال تلاش کرده‌اند تا مکانیسم‌های فتوسنتز سیانوباکتری‌ها را دوباره تنظیم کنند تا بدین صورت از آنها انرژی بگیرند.ژانگ ادامه داد: از نظر میزان انرژی که می‌توان از سیستم‌های فتوسنتزکننده استخراج کرد، یک تنگنا وجود دارد اما هیچ‌کس متوجه نشده که این تنگنا کجاست. بیشتر دانشمندان تصور می‌کردند که این تنگنا در بخش بیولوژیکی باکتری‌ها است اما ما دریافتیم که تنگنای قابل توجهی در بخش مربوط به ماده قرار دارد.
سیانوباکتری‌ها برای رشد، به مقدار قابل توجهی نور خورشید نیاز دارند؛ مانند سطح دریاچه در تابستان. همچنین، آنها برای استخراج انرژی که از طریق فتوسنتز تولید می‌کنند، باید به الکترودها متصل شوند.

گروه پژوهشی دانشگاه کمبریج، الکترودهای چاپ سه‌بعدی را از نانوذرات اکسید فلز که برای کار با سیانوباکتری‌ها در حین انجام دادن فتوسنتز طراحی شده‌اند، ساختند. الکترودها به صورت ساختارهای ستونی بسیار منشعب و متراکم مانند یک شهر کوچک چاپ شدند.گروه ژانگ، این روش چاپ را ابداع کردند که امکان کنترل مقیاس‌های طولی متعدد را فراهم می‌آورد و ساختارها را بسیار قابل تنظیم می‌کند. این روش می‌تواند برای طیف وسیعی از زمینه‌ها مفید باشد.

ژانگ گفت: الکترودها دارای خواص بسیار خوبی در کنترل نور هستند؛ مانند یک آپارتمان بلند با تعداد زیادی پنجره. سیانوباکتری‌ها به چیزی نیاز دارند که بتوانند به آن متصل شوند و با همسایگان خود، جامعه‌ای را تشکیل دهند. الکترودهای ما مانند یک آسمان‌خراش شیشه‌ای، امکان برقراری تعادل بین سطح و نور زیاد را فراهم می‌کنند.
پژوهشگران دریافتند هنگامی که سیانوباکتری‌ها در خانه جدید خود قرار گرفتند، کارآمدتر شدند. این روش، مقدار انرژی استخراج‌شده را نسبت به روش‌های دیگر تولید انرژی زیستی افزایش داد.

ژانگ گفت: سیانوباکتری‌ها، کارخانه‌های شیمیایی همه‌کاره هستند. این روش به ما امکان می‌دهد که در مراحل ابتدایی مسیر تبدیل انرژی بهره ببریم. این کار به ما کمک می‌کند تا بفهمیم که آنها چگونه تبدیل انرژی را انجام می‌دهند و بتوانیم از مسیرهای طبیعی آنها برای تولید سوخت تجدیدپذیر یا مواد شیمیایی استفاده کنیم.
این پژوهش، در مجله "Nature Materials" به چاپ رسید.

بهار نیوز