افزایش بازده سلول های خورشیدی با تغییر برخی از نیمه هادی ها

یافته های محققان نشان می دهد که می توان با تغییر شکل برخی از مواد نیمه هادی، انرژی بیشتری از سلول های خورشیدی بدست آورد.

به نقل از ایسنا، پژوهشگران دانشگاه واریک (University of Warwick) در کشور انگلستان، مقاله جدیدی چاپ کرده اند که طبق آن نشان می دهد شاید بتوان با تغییر شکل هر یک از کریستال های نیمه رسانای سلول های فتوولتاییک (PV) انرژی بیشتری از سلول های خورشیدی استخراج کرد.

نویسندگان این مقاله که به نام «اثر فلکسو فتوولتاییک – Flexo-Photovoltaic Effect» منتشر شده است، مارین الکس، مینگ مین یانگ و دونگ جیک کیم از دپارتمان کالج فنی دانشگاه واریک هستند.

گفتنی است که فتوولتاییک یکی از انواع سامانه های تولید برق از انرژی خورشیدی است. در این روش با به کار گیری سلول های خورشیدی، تولید مستقیم الکتریسیته ناشی از تابش خورشید امکان پذیر می گردد.

آنها تلاش نموده اند تا محدودیت های فیزیکی طراحی های فعلی سلول های خورشیدی را که محدودیت مطلقی در بهره وری خود دارند، تحلیل و بررسی کنند.

اغلب سلول های خورشیدی از دو لایه تشکیل شده است که مرز میان آنها، اتصال بین دو نوع نیمه رسانا، حامل های مثبت بار (سوراخ هایی که با الکترون پر می شوند)، نیمه رسانای غیر ذاتی و نهایتا نیمه رسانای غیر ذاتی با حامل های منفی بار (همان الکترون ها) می باشد.

زمانی که نور جذب می شود، با برقراری اتصال بین دو نیمه رسانا، یک میدان داخلی را در خلاف جهت نگه داشته و در سرتاسر اتصال، جریان و ولتاژی را تولید می کند. اگر این اتصال نباشد، انرژی صورت نمی گیرد و حامل ها با سرعت بالا و به راحتی برای از بین بردن هر بار الکتریکی، مجدد ترکیب می شوند.

این نوع اتصال میان نیمه رساناها برای جذب نیرو از سلول خورشیدی، یک موضوع اساسی است؛ اما با محدودیت کارایی مواجه خواهیم شد. متاسفانه به دلیل نوعی واکنش که به اثر فتوولتاییک مشهور است، این مواد بازده کمی در تولید انرژی دارند و هرگز در سیستم های عملی تولید انرژی مورد استفاده قرار نمی گیرند.

به گزارش کمولوژی، این گروه محققان دانشگاه واریک تصمیم گرفتند برای اینکه به چنین نیمه رساناهایی شکل راس های رسانا بدهند، از ابزارهای میکروسکوپی نیروی اتمی استفاده کنند و کریستال هایی از جنس تیتانات استرانسیم (SrTiO3)، تیتانیم دی اکسید (TiO2) و همچنین سیلیکیون (Si) استخراج نمایند.

آنها متوجه شدند که ممکن است هر سه ماده با این روش تغییر شکل دهند و نهایتا اثر فتوولتائیک زیادی پیدا کنند.

«الکس»، عضو ارشد تیم تحقیقاتی در این خصوص گفت:

«گسترش محدوده این مواد، مزایایی دارد. این روش برای شکل دادن به هر نوع اتصالی ضروری نیست. ما قادر هستیم تا در هر نیمه رسانایی با جذب نور بهتر را برای سلول های خورشیدی انتخاب و بر حد ترمودینامیکی نهایی بهره وری قدرت، غلبه کنیم. اگر کارایی این روش در آزمایشات آینده اثبات شود، ارزش تجاری بسیاری زیادی برای تولید کنندگان سلول های خورشیدی و انرژی به همراه خواهد داشت.»

 

جهت مشاهده بیشتر مطالب اینجا کلیک کنید

www.shimisanat.com

تولید آب شیرین از هوا در دانشگاه تگزاس

هر روز از گوشه و کنار دنیا خبرهایی مبنی بر تولید یا استفاده از انرژی های پاک می شنویم. تولید آب شیرین از هوا نیز یکی از همین خبرهاست که می تواند بسیار هیجان انگیز باشد.

محققان آمریکا توانستند سیستمی ابداع کنند که با انرژی خورشیدی کار می کند. این سیستم می توان با جذب رطوبت از هوا، به تولید آب شیرین بپردازد.

به گزارش کمولوژی و به نقل از ایسنا، دانشمندان دانشگاه تگزاس ایالات متحده موفق به ابداع یک ابزار مبتنی بر انرژی خورشیدی شده اند که قادر است رطوبت هوا را جذب کرده و آن را به صورت آب شیرین، ارائه نماید.

 

آنچه که این ایده خلاقانه را اجرایی کرده است، نوعی فناوری به نام ابر اسفنج می باشد. ابر اسفنج ها، موادی متشکل از پلیمر ژلاتین و هیدروژل هستند که برای نگهداری مقادیر زیادی آب ساخته شده اند. این هیدروژل ها در اثر گرم شدن، می توانند آب ذخیره شده را آزاد نمایند.

یکی از نویسندگان این پروژه، فی ژائو (Fei Zhao) است که می گوید:

«ما یک سیستم از پایه طراحی کرده ایم که برای استفاده از آن، فقط کافی است تا هیدروژل را در فضای باز گذاشت تا به جمع آوری آب بپردازد. آب جمع شده تا پیش از قرار گرفتن در برابر نور خورشید در هیدروژل باقی مانده و پس از حرارت دیدن، آزاد می شود.»

این سیستم جدید مبتنی بر فناوری غیر منتظره ای است که در سال ۲۰۱۸ توسط همین گروه تحقیقاتی ابداع شده بود. یک سیستم تصفیه آب مبنی بر انرژی خورشید که می توانست آب حاصل از هر منبعی را پاکسازی کند؛ اما سیستم جدید که اخیرا ابداع شده، می تواند رطوبت محیط را جذب کند.

تولید آب شیرین از هوا در دانشگاه تگزاس

استادیار علوم مواد و مهندسی مکانیک دانشگاه تگزاس، گوهویا یو (Guihua Yu) است که سرپرست این پروژه نیز می باشد. او درباره این دستاورد گفت:

«ماده یاد شده به گونه ای طراحی شده است که بدون مصرف بالای انرژی، هم رطوبت هوا را جذب می کند و هم در زمان قرار گرفتن کنار منبع حرارتی (مثل خورشید)، تولید آب شیرین خواهد داشت.»

باید متذکر شد جمع آوری رطوبت هوا، اگرچه کار تازه ای نیست و فناوری های بسیاری برای این امر ساخته شده اند اما تفاوت این سیستم جدید با سامانه های قبلی در استفاده از منبعی دائمی و پاک، یعنی انرژی خورشیدی است.

این سیستم با اینکه فشرده است اما انرژی لازم برای تولید آب روزانه را دارد و می تواند با به کار بردن هر کیلوگرم هیدروژل، ۵۰ لیتر آب شیرین تولید کند.

ابداع این فناوری برای تولید آب شیرین از هوا می تواند کاربردهای فراوانی در نواحی فقیرنشین یا کشورهای در حال توسعه داشته باشد اما لزوما این توانایی ها محدود این حیطه نیست.

جهت مشاهده بیشتر مطالب اینجا کلیک کنید

www.shimisanat.com

بازیافت کربن دی اکسید از هوا و انتشار معکوس آن

محققان استرالیایی موفق به توسعه روشی جدید برای بازیافت کربن دی اکسید از هوا و تبدیل آن به ماده ای کاربردی در ساخت ابر خازن ها شده اند.

بازیافت کربن دی اکسید از هوا و انتشار معکوس آن

 

بحران های زیست محیطی که سال هاست گریبانگیر سیاره سبز شده است، موجب تغییرات اقلیمی گوناگونی شده است. این در حالی است که هنوز برای مهار کربن دی اکسید به عنوان مهم ترین آلاینده جوی، راهکاری ارائه نشده است.

رویای جذب این گاز دردسر ساز، یعنی CO2 به کمک فناوری، چند وقتی است که منجر به انتشار اخباری امیدبخش در این زمینه گردیده است. هدفی که دانشمندان در پی تبدیل این گاز مخرب به ماده ای مفید و کاربردی هستند.

آنچه که ما نیاز داریم، صرفا ارائه یک راهکار عملی نیست؛ بلکه می بایست از نظر اقتصادی، با صرفه باشد. این راهکار باید علاوه بر جذب میزان کافی از کربن اتمسفر، بتواند وضعیت فعلی را دچار تغییر و تحول نماید.

اخبار خوبی که در این مدت به گوش رسیده، حاکی از آن است که احتمالا دانشمندان استرالیایی توانسته اند چنین راهکاری را عملی کنند.

به گزارش کمولوژی، محققان دانشگاه RMIT در شهر ملبورن استرالیا، نوعی فناوری را توسعه داده اند که قادر است گاز کربن دی اکسید را به ذراتی از دوده خالص تبدیل کند.

گفتنی است از زمانی که به خطرات ناشی از گرمایش جهانی و عواقب ناگوار آن پی برده ایم، همواره در پی احیای چرخه کربن در گازهای گلخانه ای و یافتن راهی برای بازگرداندن آنها به سطح زمین هستیم.

از آن زمان تاکنون، ایده های زیادی برای جداسازی کربن از جو زمین امتحان شده اند؛ تولید زیست توده و دفن آن و همچنین پمپاژ گاز به مخازن زیر زمینی برای تسریع واکنش های شیمیایی تبدیل CO2 به گازهای کم خطرتر، از جمله این اقدامات هستند.

بازیافت کربن دی اکسید از هوا و انتشار معکوس آن

بعضی از این روش ها هزینه پایینی دارند اما مشکل بزرگ آنها، نداشتن سرعت کافی است. برخی دیگر هم از نظر اقتصادی توجیه چندانی برای انگیزش صنایع آلاینده ندارند.

چیزی که در این سال ها برای حل بحران کربن بدست آمده، آن است که امید چندانی به فناوری های انتشار معکوس نداشته باشیم. با این حال، پیشرفت هایی در سال های اخیر روی داده و ما را در مورد رسیدن به یک راهکار زیست محیطی جامع خوشبین تر کرده است. بازیافت کربن دی اکسید به کمک روشی که در ادامه بیان خواهد شد، یکی از همین پیشرفت هاست.

روشی که پژوهشگران دانشگاه RMIT در استرالیا موفق به کشف آن شده اند، سرعت چندانی ندارد اما برای انجام آن نیازی به ایجاد فشارهای بالا (یا واکنش های شیمیایی پیچیده) جهت تبدیل CO2 به شکل جامد، وجود ندارد.

سازوکار این روش بر مبنای کاربرد نوعی نانو ذره فلز سریم است که نقشی حیاتی در واکنش های الکتروشیمیایی جداسازی اکسیژن از کربن دی اکسید در ولتاژهای پایین دارد.

استفاده از مخلوط سوسپانسیونی نانو ذرات سریم به شکل یک آلیاژ فلز مایع، باعث عدم تشکیل کربن به صورت جامد بر روی سریم می شود و به این ترتیب، بازدهی واکنش افت نخواهد کرد.

در شرایط بهینه تر می توان از گالیم فلزی به عنوان حلال این واکنش استفاده کرد. نکته مثبت این جایگزینی آن خواهد بود که تمام واکنش در دمای اتاق قابلیت اجرایی خواهد داشت؛ چرا که نقطه ذوب عناصر در مقادیر بسیار کمتری قرار خواهد گرفت.

یکی از شیمیدان های دانشگاه RMIT، تورلن دانک است که درباره این پروژه می گوید:

«تا به امروز، تبدیل کربن دی اکسید به شکل جامد‌ آن تنها در دماهای بسیار بالا قابل دستیابی بود و این امر باعث می شد انجام آن در مقیاس صنعتی امکان پذیر نباشد.

ما با استفاده از فلزات مایع به عنوان کاتالیزور، ثابت کرده ایم که امکان تبدیل این گاز به کربن جامد در دمای اتاق و طی یک فرآیند کارآمد و مقیاس پذیر میسر است.»

یکی از مزیت های مهم این فناوری که برتری عمده ای در قبال روش های پیشین دارد، محصول نهایی این واکنش است؛ محصولی که شاید تنها یک زباله نباشد.

درنا اسرافیل زاده، مهندس ارشد و نویسنده این پژوهش در ایران است که می گوید:

«از دیگر مزایای این فرآیند آن است که کربن می تواند بار الکتریکی را در خود نگه داشته و تبدیل به یک ابر خازن شود. به این ترتیب ممکن است بتوان از آن برای ساخت یکی از اجزای وسایل نقلیه در آینده استفاده کرد. این فناوری همچنین می تواند یک سوخت ترکیبی را به عنوان محصول جانبی تولید کند که از کاربردهای صنعتی متنوعی برخوردار است.»

بازیافت کربن دی اکسید از هوا و انتشار معکوس آن

کربن یکی از مهم ترین عناصری است که در زندگی آینده بشر، نقش مهمی خواهد داشت. یکی از راه های بدست آوردن دوباره کربن، بازیافت کربن دی اکسید است.

محصولات مبتنی بر کربن همچون گرافن می توانند باعث تحول در آینده صنعت الکترونیک شوند و آن هم نه تنها به عنوان یک ابر خازن، بلکه به عنوان یک ابر رسانا مطرح شود.

پیش بینی می شود که حتی اگر بخشی از این رویای بزرگ تحقق یابد، یک صنعت مواد بر اساس کربن می تواند سرمایه های بزرگی را در آینده به سوی خود روانه کند. پر واضح است که ایجاد انگیزه های اقتصادی می تواند بزرگترین محرک برای حل این مشکلات زیست محیطی باشد.

دانک ادامه می دهد: «ذخیره سازی کربن به شکل جامد، گامی حیاتی در این مسیر به حساب می آید؛ با اینکه هنوز پژوهش های بیشتری باید انجام بپذیرد.»

حل مشکلات زیست محیطی جهان ما، چه از طریق جذب کربن دی اکسید و چه از طریق جمع آوری پلاستیک های موجود در اقیانوس ها، آینده ای روشن تر برای آیندگانمان رقم خواهد زد.

ساخت پلاستیک های بازیافت پذیر نسل جدید

پلاستیک های بازیافت پذیر به عنوان مهمترین دغدغه جوامع توسعه یافته در سال های اخیر، همواره محلی برای ارائه دیدگاه ها و نظرات دانشمندان پلیمر بوده است.

اکنون تعدادی از همین پلیمریست ها موفق به ساخت نسل جدیدی از پلاستیک های بازیافت پذیر شده اند که قادر است بارها در چرخه بازیافت، به مواد جدیدی با شکل ها و رنگ های متفاوت تبدیل شود.

پلاستیک ها به عنوان موادی سبک، عالی و محکم شناخته می شوند که تقریبا هر آنچه را که بخواهید، می توانید به کمک آنها تولید کنید. البته این مزیت ها زمانی است که دیگر به آنها نیازی نداشته باشید؛ چون در غیر این صورت تبدیل به مشکلی بزرگ خواهند شد.

اغلب پلاستیک هایی که استفاده می کنیم، حاوی مقادیر زیادی از انواع رنگدانه ها، پر کننده ها و یا بازدارنده های آتش هستند. تعداد محدودی از پلاستیک ها را می توانید بیابید که بتوان بدون کاهش کارایی یا خصوصیات فیزیکی شان، آنها را بازیافت کرد.

حتی PET که بازیافت پذیرترین پلاستیک موجود است و در حال حاضر در بطری ها نوشیدنی (مثل آب، نوشابه، آبمیوه و …) استفاده می شود، تنها به میزان ۲۰ الی ۳۰ درصد بازیافت پذیر است و مازاد آن را وارد دستگاه های زباله سوز کرده و یا نهایتا دفن می کنند؛ جایی که تجزیه چنین مواد کربنی ای، نیاز به قرن ها زمان دارد.

Science daily، اکنون گروهی از محققان آزمایشگاه برکلی ایالات متحده آمریکا توانسته اند پلاستیک بازیافت پذیرتری را طراحی کنند که همچون اسباب بازی لگو، قادر است در سطح مولکولی به اجزای تشکیل دهنده خود تجزیه شده و مجددا به شکل ها یا رنگ های دیگری در بیاید؛ ضمن آنکه خواص فیزیکی و مکانیکی شان دچار نقصان نشود.

ویژگی های این ماده جدید که به نام PDK معرفی شده است، در مجله Nature Chemistry گزارش شده است. یکی از محققان این پروژه، «پیتر کریستنسن» از آزمایشگاه برکلی است که می نویسد:

«اغلب در پلاستیک هایی که کارخانجات مختلف تولید می کنند، هدف بازیافت پذیر بودن در نظر گرفته نشده است اما ما راه حل جدیدی برای تولید پلاستیک هایی که در سطح مولکولی بازیافت پذیر باشند، پیدا کرده ایم.»

محققان قصد دارند با تشویق فرآیند بازیافت و استفاده از پلاستیک های قابل بازیافتی که از جنس PDK هستند، مانعی برای انباشته شدن پلاستیک ها روی زمین و یا روانه شدن آنها به سمت اقیانوس ها شوند.

پیتر ادامه می دهد:

«در پلاستیک های موسوم به PDK، جایگزین شدن پیوندهای قابل بازگشتی با پیوندهای غیر قابل تغییر موجود در پلاستیک های متداول انجام شده است که باعث ساخت پلاستیک های بازیافت پذیر می شود.»

ساخت پلاستیک های بازیافت پذیر نسل جدید

برخلاف پلاستیک های رایج، مونومرهای این پلاستیک PDK می تواند بازیابی شده و در اثر محلول های اسیدی، از هرگونه ترکیبی که به آن افزوده شده است، آزاد شود. اسید سبب شکستگی پیوندهای بین مونومرها شده و افزودنی هایی را که موجب شکل یافتگی این پلیمر و یا رنگدهی آن شده اند، آزاد می کند.

«برت هلمز»، یکی دیگر از محققان این پروژه بوده است که می گوید:

«ما علاقمند به یک فرآیند شیمیایی هستیم که چرخی پلاستیک ها را از خطی به چرخشی تبدیل کند. ما فرصتی در این مواردی که گزینه های بازیافتی ندارند می بینیم.

این موارد شامل انواع چسب ها، کفش ها، قابل تلفن، بندهای ساعت، اتصالات رایانه ها و ترموست های سختی که با قالب ریزی مواد پلاستیکی مذاب ساخته می شوند هستند.»

گفتنی است که این دانشمندان زمانی به ویژگی هیجان انگیز چرخشی پلاستیک PDK پی بردند که کریستنسن داشت اسیدهای گوناگون را روی اجزای مورد استفاده برای ساخت چسب های PDK امتحان می کرد.

او دریافت که ترکیب چسب دچار تغییر شده است. کریستنسن که درباره نحوه تغییر چسب کنجکاو شده بود، ساختار مولکولی نمونه را با استفاده از دستگاه طیف سنجی NMR بررسی کرد. او نوشت:

«در کمال شگفتی، آنها مونومرهای اولیه بودند!»

سرانجام آنها پس از آزمایش فرمولاسیون های مختلف نشان دادند که اسید نه تنها پلیمرهای PDK را به مونومر تجزیه کرده، بلکه این فرآیند سبب آزاد شدن مونومرها از سایر افزودنی ها نیز شده است.

این گروه موفق به اثبات این پدیده شدند که مونومرهای بازیافتی PDK قادر هستند دوباره به شکل پلیمر درآمده و پلیمرهای بازیافتی را که دیگر ویژگی های گذشته خود را ندارند، می توان به پلاستیکی جدید تبدیل کرد.

<pstyle=”text-align: justify;”>اما نتیجه ای که برای عموم مردم جذاب است، دقیقا همینجاست. اگر بند ساعت مشکلی شکسته خود را که در سطل زباله انداخته اید از PDK تولید شده باشد، می تواند به عنوان یک کیبورد کامپیوتر زندگی جدیدی را آغاز کند. ضمن اینکه می توان با افزودن ویژگی های دیگر، خواص فیزیکی و مکانیکی این پلاستیک ها را افزایش داد.

دانشمندان عقیده دارند که پلاستیک های بازیافت پذیر نسل جدید آنها قادر است جایگزین خوبی برای بسیاری از پلاستیک های غیر قابل بازیافتی شود که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد.

هلمز در پایان به روند کنونی شان اشاره می کند و مسیری که حالا باید به طریق دیگر ادامه دهند:

«ما در نقطه ای ایستاده ایم که برای ذخیره و فرآیند کردن ضایعات، می بایستی به تجهیزات بازیافت مان فکر کنیم. اگر این تجهیزات برای بازفرآوری یا به‌یافت PDK و پلاستیک های مرتبط طراحی شده باشد، بهتر خواهیم توانست پلاستیک ها را از زیر زمین و اقیانوس ها پاکسازی کنیم.

این یک مقطع زمانی شگفت انگیز است که ما در مورد نحوه طراحی مواد و تجهیزات پلاستیک های بازیافت پذیر فکر می کنیم تا پلاستیگ های چرخشی را وارد بازار کنیم.»

محققان قصد دارند پلاستیک های PDK را در کاربردهای مختلف از جمله منسوجات، فوم های حرارتی و عایق و همچنین پرینترهای سه بعدی توسعه دهند. ضمن اینکه آنها به دنبال گسترش فرمولاسیون این نوع پلاستیک به کمک افزودن مواد گیاهی پایدار دیگر هستند.

کافئین راهی برای تقویت انرژی سلول های خورشیدی

دانشمندان در تازه ترین دستاورد خود موفق شدند با افزودن کافئین به ماده جذب کننده نور خورشید در سلول های خورشیدی، کارایی این سلول ها را افزایش دهند.

محققان دانشگاه کالیفرنیا و سولارگیگا انرژی در چین توانستند به این نتیجه برسند که کافئین سبب افزایش کارایی تبدیل نور به الکتریسیته در سلول های خورشیدی می گردد.

نتایج آزمایشات این گروه که در مجله معتبر Joule چاپ شده، ممکن است این تکنولوژی انرژی تجدیدپذیر مقرون به صرفه را قادر سازد تا در بازار با سلول های خورشیدی سیلیکونی رقابت کند.

ایده استفاده از کافئین در سلول های خورشیدی از یک لطیفه خنده دار درباره قهوه صبحانه آغاز شد. یکی از دانشجویان این پروژه، «جینگ جیانگ» مطرح می کند:

«وقتی یکی از روزها داشتیم درباره سلول های خورشیدی پروسکایتی صحبت می کردیم، رویی وانگ، یکی از استادان ما گفت:

«اگر برای افزایش انرژی به قهوه احتیاج داریم، پس پروسکایت چه؟» آیا آن هم برای عملکرد بهتر به قهوه نیاز دارد؟»

این نظر بی مقدمه باعث شدن تیم به یاد بیاورد که کافئین موجود در قهوه، ترکیبی آلکالوئیدی دارد که ساختارهای مولکولی را در بر می گیرد. این ساختار می تواند با پیش سازهای مواد پروسکایتی تعامل ایجاد کند؛ ترکیباتی با ساختار بلوری خاص که لایه گیرنده نور را در گروهی از سلول های خورشیدی تشکیل می دهند.»

نتایج گذشته پژوهشگران برای افزایش پایداری حرارتی این سلول های خورشیدی شامل تقویت لایه پروسکایتی با وارد کردن ترکیباتی نظیر دی متیل سولفواکسید بوده است. محققان برای تقویت کارایی سلول ها و پایداری بلند مدت آنها تلاش کرده بودند؛ اما کسی در این زمینه کافئین را در نظر نگرفته بود.

در این زمان محققان که تصور کردند شاید در مسیر کشف چیزی قرار گرفته باشند، قهوه های خود را کنار گذاشتند و بررسی بیشتر را آغاز کردند.

کافئین راهی برای تقویت انرژی سلول های خورشیدی

آنها کافئین را به لایه‌ پروسکایتی ۴۰ سلول خورشیدی اضافه کردند و از طیف‌ سنجی مادون‌ قرمز که از اشعه‌ مادون ‌قرمز برای شناسایی ترکیبات شیمیایی استفاده می‌ک ند، برای تعیین این موضوع استفاده کردند که کافئین به ‌طور موفقیت‌ آمیزی با مواد پیوند خورده است یا نه.

آنها با انجام آزمایش ‌های طیف‌ سنجی مادون قرمز بیشتر مشاهده کردند گروه ‌های کربونیل در کافئین با یون‌ های سرب موجود در لایه ارتباط برقرار کرده و قفل مولکولی تشکیل داده است. این تعامل موجب افزایش حداقل مقدار انرژی مورد نیاز برای واکنش لایه‌ پروسکایت و افزایش کارایی سلول خورشیدی از ۱۷درصد به بیش از ۲۰درصد شد.

در حالی‌که به‌ نظر می‌ رسد کافئین به ‌طور چشمگیری موجب بهبود عملکرد در سلول‌ هایی می‌شود که در آن‌ها از پروسکایت برای جذب نور خورشید استفاده می‌ شود، پژوهشگران معتقدند این روش برای دیگر انواع سلول ‌های خورشیدی مفید نیست.

کافئین به‌‌دلیل ساختار مولکولی منحصر ‌به ‌فردش فقط می ‌تواند با پیش‌ساز‌های پروسکایت تعامل برقرار کند؛ موضوعی که ممکن است موجب شود این نوع از سلول‌ های خورشیدی در بازار تاحدودی از دیگر نمونه‌ها پیش بیفتند.

به‌طور کلی سلول‌های خورشیدی پروسکایتی ارزان‌ تر است و در مقایسه ‌با همتاهای سیلیکونی خود قابلیت انعطاف بیشتری دارند. علاوه ‌بر ‌این، تولید آن‌ها نیز ساده ‌تر است. سلول ‌های پروسکایتی را می ‌توان از پیش‌سازهای محلول تولید کرد. وانگ معتقد است با انجام پژوهش‌ های بیشتر کافئین ممکن است بتواند به تولید در مقیاس وسیع سلول‌ های خورشیدی پروسکایتی کمک کند.

پژوهشگران در ادامه‌ کار قصد دارند برای تقویت بیشتر سلول ‌های خورشیدی، ساختار شیمیایی مواد پروسکایتی را بررسی کنند که کافئین با آن‌ها ادغام شده و بهترین مواد محافظ را برای پروسکایت شناسایی کنند.

ساخت موتور جت مبتنی‌بر پلاسما بدون سوخت فسیلی

ساخت موتور جت مبتنی‌بر پلاسما بدون سوخت فسیلی

 

پژوهشگران چینی نمونه‌ای آزمایشی از موتور جتی ساخته‌اند که از سوخت‌های فسیلی بی‌نیاز است و به‌طوربالقوه می‌تواند مسیر را برای تحقق مسافرت‌های هوایی با کربن خنثی هموار کند.

انسان به‌ویژه در عرصه‌ی حمل‌ونقل به سوخت‌های فسیلی به‌عنوان منبع اصلی انرژی وابسته است. با‌این‌حال، سوخت‌های فسیلی ناپایدار و خطرناک هستند و به‌عنوان بزرگ‌ترین منبع تولید گازهای گلخانه‌ای شناخته می‌شوند و مصرف بی‌رویه‌ی آن‌ها به بروز عوارض تنفسی و تخریب محیط‌زیست دراثر گرمایش زمین منجر شده است. به‌نقل از نیویورک تایمز، هواپیماهای تجاری مسئول انتشار ۲/۵ درصد از گازهای گلخانه‌ای هستند.

اکنون تیمی از پژوهشگران در مؤسسه‌‌ی علم و فناوری دانشگاه ووهان، نمونه‌ای آزمایشی از دستگاهی را رونمایی کرده‌اند که برای پیش‌رانش جت از پلاسمای هوای ریزموج استفاده می‌کند. آن‌ها طرز کار موتور ابداعی خود را در نشریه‌ی AIP Advances تشریح کرده‌اند. جائو تانگ، استادتمام دانشگاه ووهان و نویسنده‌ی پژوهش می‌گوید:

کمک به حل معضلات گرمایش جهانی ناشی از استفاده‌ی انسان از موتورهای احتراقی سوخت فسیلی برای نیرورسانی به ماشین‌آلات نظیر خودروها و هواپیماها، انگیزه‌ی ما از ابداع موتور جدید بود.

پلاسما درکنار جامد و مایع و گاز حالت چهارم ماده محسوب می‌شود و دربردارنده‌ی تراکمی از یون‌های باردار است. پلاسما به‌طورطبیعی در مکان‌هایی نظیر سطح خورشید و جوّ زمین هنگام صاعقه وجود دارد؛ اما انسان می‌تواند به‌طورمصنوعی نیز آن را تولید کند. پژوهشگران با قراردادن هوا زیر فشار زیاد و استفاده از ریزموج برای یونیزه‌کردن جریان هوای فشرده‌شده، جت پلاسما تولید کردند.

ساخت موتور جت مبتنی‌بر پلاسما بدون سوخت فسیلی

 

^{طرح‌واره‌ی نمونه‌ی اولیه‌ی دستگاه و تصاویر جت پلاسمای روشن در توان‌های مختلف ریزموج}

شیوه‌ی استفاده‌شده به‌دست دانشمندان چینی با تلاش‌های پیشین انجام‌شده برای ایجاد موتورهای جت پلاسما تفاوتی مهم دارد. دیگر پیشرانه‌های جت پلاسما نظیر کاوشگر فضایی داون ناسا از پلاسمای زنون استفاده می‌کنند. این نوع پلاسما نمی‌تواند بر اصطکاک جوّ زمین غلبه کند؛ از‌این‌رو، برای به‌کارگیری در حمل‌ونقل هوایی از قدرت کافی برخوردار نیست. درعوض، موتور جت پلاسمای پژوهشگران چینی، تنها با استفاده از هوا و الکتریستیه‌ی تزریقی، پلاسمای داغ و پرفشار تولید می‌کند.

بین ساخت نمونه‌ای آزمایشی به‌عنوان طرح مفهومی تا نصب موتور در هواپیمایی واقعی، فاصله‌ای بسیار طولانی وجود دارد؛ اما به‌نقل از پژوهشگران، نیروی تولیدشده‌ی دستگاه آزمایشی توانست توپ فولادی یک‌کیلوگرمی را برفراز لوله‌ای کوارتز با قطر ۲۴ میلی‌متر جابه‌جا کند. در این لوله، هوای پرفشار ازطریق عبور از محفظه‌ی یونیزه‌ساز ریزموج به جت پلاسما تبدیل می‌شود. به نسبت مقیاس، قدرت دستگاه پژوهشگران چینی را می‌توان با موتور جت هواپیمای تجاری مقایسه کرد.

با ساخت آرایه‌ای بزرگ از پیشرانه‌های پلاسما به‌همراه منابع ریزموج پرقدرت، مقیاس طرح آزمایشی را می‌توان به جت تمام‌اندازه افزایش داد. نویسندگان مقاله برای بهبود کارآمدی دستگاه و دستیابی بدین هدف تلاش می‌کنند. تانگ می‌گوید:

نتایج ما نشان داد چنین موتور جتی برپایه‌ی پلاسمای هوای ریزموج می‌تواند به‌طور بالقوه جایگزینی مطمئن برای موتور جت سوخت فسیلی مرسوم باشد.

 

کشف ویروس‌های غول‌پیکر دارای ویژگی‌های منحصر به فرد

دانشمندان ویروس‌های غول‌پیکری را کشف کرده‌اند که دارای ویژگی‌هایی هستند که پیش از این تنها در سلول‌های زنده دیده شده بود.

کشف ویروس‌های غول‌پیکر دارای ویژگی‌های منحصر به فرد

پژوهشگران با بررسی ژن‌های موجود در محیط‌های مختلفی مانند بزاق انسان، مدفوع حیوانات، بیمارستان‌ها، خاک و موارد دیگر، صدها ویروس غول‌پیکر پیدا کرده‌اند. برخی از این ویروس‌ها دارای قابلیت‌هایی هستند که تا پیش از این تنها در حیات سلولی دیده شده بود.

یک گروه پژوهشی بین‌المللی تحت هدایت دانشمندانی از دانشگاه برکلی کالیفرنیا گروه‌های کاملا جدیدی از فاژهای غول‌پیکر را پیدا کرده‌اند (ویروس‌هایی که باکتری‌ها را آلوده می‌کنند) و ۳۵۱ توالی ژنی را با هم ترکیب کردند. پژوهشگران درون این توالی‌ها، ژن‌هایی را پیدا کردند که ویژگی‌های غیرمنتظره‌ای را کدگذاری می‌کردند ازجمله بخش‌هایی از دستگاه سلولی را که دستورالعمل‌های DNA را برای ساخت پروتئین خوانده و اجرا می‌کند (فرایند ترجمه). باسم الشایب و جیل بانفیلد از دانشگاه برکلی در مصاحبه با ساینس‌آلرت گفتند:

آن‌ها دارای تعداد غیرمعمولی از اجزای دستگاه ترجمه هستند که در یک ویروس معمولی دیده نمی‌شود.

فرایند ترجمه در ساختارهای مولکولی موسوم به ریبوزم‌ها صورت می‌گیرد و پژوهشگران واقعا ژن‌هایی را پیدا کردند که برخی از مولفه‌های آن‌ها (پروتئین‌های ریبوزومی) را کدگذاری می‌کردند. روهان ساچدوا متخصص اکولوژی میکروبی از دانشگاه برکلی گفت:

به‌طور معمول، چیزی که زنده را از غیرزنده جدا می‌کند، داشتن ریبوزوم و توانایی ترجمه است. این یکی از مهم‌ترین ویژگی‌هایی است که ویروس‌ها را از باکتری‌ها جدا می‌کند. برخی از فاژهای بزرگ دارای ماشین‌آلات ترجمه زیادی هستند، بنابراین این مرزبندی را تا حدودی مبهم می‌کنند.

پژوهشگران همچنین توالی‌های کدکننده‌ی سیستم‌ کریسپر را نیز پیدا کردند. سیستم کریسپر به‌عنوان سیستم ایمنی که باکتری‌ها از آن برای مقابله‌با ویروس‌‌ها استفاده می‌کنند، نیز وجود دارد. ویروس‌های تازه کشف‌شده همه دارای ژنوم‌هایی با طول بیش از ۲۰۰ هزار جفت نوکلئوتید هستند درحالی‌که میانگین اندازه‌ی ژنوم فاژهای شناخته‌شده، بیشتر و درحدود ۵۲ هزار جفت باز است.

برخی از ژنوم‌های فاژی که پژوهشگران شناسایی کردند واقعا غول‌آسا بودند؛ پژوهشگران یک گروه را «فاژهای غول‌آسا» نامیدند و در نام‌گذاری ۹ گروه جدید دیگر نیز از کلمه‌ی «بزرگ» استفاده کردند. الشایب و بانفیلد گفتند:

ژنوم این فاژها حداقل ۴ برابر ژنوم یک فاژ معمولی است و بزرگ‌ترین آن‌ها ۱۵ برابر حالت معمول بوده و ۷۳۵ هزار جفت باز دارد.

 تصور می‌شود این فاژهای بزرگ‌تر باعث آلوده‌شدن باکتروئیدها شوند. باکتروئیدها گروهی از باکتری‌ها هستند که به‌طور گسترده در محیط پیراموان ما و از خاک گرفته تا روده‌های ما حضور دارند. ژنوم این فاژهای سنگین به اندازه‌ی کافی بزرگ است که رقیب ژنوم باکتری‌های کوچک شود اما پاندورا ویروس‌های آلوده‌کننده‌ی آمیب همچنان با ۲/۵ میلیون جفت باز، مقام اول بزرگ‌ترین ژنوم ویروسی را دارند. ساچدوا گفت:

فاژهای بزرگی قبلا شناسایی شده‌اند اما آن‌ها یافته‌های پراکنده‌ای بودند. چیزی که ما در این مقاله پیدا کردیم، آن است که این‌ها اساسا همه جا هستند. ما آن‌ها را درجایی می‌بینیم.

همچون سایر فاژها، این گروهاز ویروس‌ها، DNA خود را به میزبان باکتریایی خود تزریق می‌کنند و تجهیزات تکثیر ژن قربانی را برای ساخت نسخه‌های از خودشان به خدمت می‌گیرند. پژوهشگران گمان می‌کنند که حین این اتفاق، فاژهای غول‌پیکر همچنین از برخی از ژن‌های اضافی خود برای تغییر مسیر مراحل اولیه ترجمه درون باکتری استفاده می‌کنند و تولید پروتئین را متناسب با نیاز خود منحرف می‌کنند. چنین کنترلی از تولید پروتئین در ویروس‌های جانوری دیده شده است.

کشف ویروس‌های غول‌پیکر دارای ویژگی‌های منحصر به فرد

_{یک فاژ غول‌پیکر (مورد ۲۶) یک باکتری را آلوده کرده و پاسخ آن دربرابر فاژهای دیگر را دستکاری می‌کند}

الشایب توضیح داد که فاژهای غول‌پیکر از سیستم کریسپر خود برای جنگ فاژ دربرابر فاژ استفاده می‌کنند و ویروس‌های رقیبی را که قصد دارند همان باکتری میزبان را آلوده کنند، به‌طور اختصاصی مورد هدف قرار می‌دهند. مطالعه‌ای که در سال گذشته منتشر شد، نشان داد که چگونه برخی از فاژها از این سیستم برای خنثی‌کردن اقدامات ضدفاژی باکتری میزبان استفاده می‌کنند. بانفیلد گفت:

چیزی که با نگاه کردن به این ژنوم‌های بزرگ متوجه می‌شویم، آن است که فاژها ژن‌ها و مسیرهای مختلف زیادی را به‌دست آورده‌اند؛ برخی از آن‌ها را می‌توانیم پیش‌بینی کنیم و برخی را نیز نمی‌توانیم پیش‌بینی کنیم زیرا درجریان عفونت، فاژ واقعا کنترل عملکرد میزبان باکتریایی خود را به دست می‌گیرد.

هرچه درمورد ارتباطات بین سلامت جسم و روان و میکروب‌هایی که درون بدن و محیط پیرامون زندگی می‌کنند، دانش بیشتری کسب می‌کنیم، بیشتر متوجه می‌شویم که هرچیزی که روی این جوامع باکتریایی اثر بگذارد، می‌تواند تاثیر عمیقی روی ما نیز داشته باشد. الشایب گفت:

فاژها همچنین به انتقال ژن‌های کدکننده‌ی سموم باکتریایی و مقاومت آنتی‌بیوتیکی بین باکتری‌ها معروف هستند. از آن جایی که ما هم باکتری‌های مفید و هم باکتری‌های مضر را داریم که روی سطح بدن و نیز داخل بدن ما زندگی می‌کنند، درک اینکه چه انواعی از فاژها همراه باکتری‌ها در بدن انسان‌ها و حیوانات وجود دارند و چگونه روی محیط‌های مذکور تاثیر می‌گذارند، از اهمیت زیادی برخوردار است.

پژوهشگران پیشنهاد می‌کنند که سیستم‌های کریسپری که برخی از این فاژها دارند، شاید این قابلیت را داشته باشد که به ما کمک کند تا با تغییر عملکرد باکتری‌ها یا حذف باکتری‌های مشکل‌ساز، میکروبیوم خود را کنترل کنیم. الشایب و بانفیلد اکنون امیدوارند که برخی از این فاژهای غول‌آسا را در آزمایشگاه پرورش دهند تا درمورد سیستم‌های کریسپر فاژها دانش بیشتری به‌دست آورند و نقش‌های آن‌ها را کشف کرده و ارزش آن‌ها را در ویرایش ژن ارزیابی کنند. کریستوف ویگل، متخصص بیوشیمی که در این مطالعه مشارکتی نداشته است، می‌گوید مقاله‌ی حاضر از ایده‌ی درنظرگرفتن ویروس‌ها به‌عنوان «ویروسل زنده» حمایت می‌کند. بانفیلد توضیح داد:

این فاژهای عظیم، شکاف بین «باکتریوفاژهای غیرزنده» و «باکتری‌ها و آرکیاها» را پر می‌کنند. قطعا استراتژی‌های موفقی برای زندگی وجود دارد که ترکیبی از ویروس معمولی و ارگانیسم‌های زنده معمولی است.

اگرچه مطالعه‌ی حاضر درمورد تنوع زیستی ویروس‌ها نیز دانش زیادی همراه خود دارد، درحال‌حاضر، مهم‌ترین بحثی که پیش می‌آید، معنای واقعی زنده بودن است.

تولید گیاهان همیشه درخشان دستاورد جدید مهندسان ژنتیک

دانشمندان گیاهانی را مهندسی ژنتیک کرده‌اند که نه‌تنها درخش قابل مشاهده‌ای دارند بلکه این درخشش خودپایدار در کل دوران زندگی گیاه ماندگار است.

تولید گیاهان همیشه درخشان دستاورد جدید مهندسان ژنتیک

 

موفقیت جدید دانشمندان در تولید گیاهان درخشان، پیشرفتی حیرت‌انگیز در گیاهان درخشان قبلی است. این گیاهان، از نمونه‌های مهندسی ژنتیک‌شده‌ی تنباکوی قبلی درخشان‌تر بوده و برای حفظ درخشش نیازی به تغذیه با مواد شیمیایی ندارند. همچنین، مدت زمان درخشش بسیار طولانی‌تر از گیاهان درخشنده‌ای است که با استفاده از نانوبیونیک گیاهی تولید شده‌اند.

البته همه‌ی ما ممکن است فورا به باغ شبانه‌ی شگفت‌انگیز آواتارمانندی فکر کنیم که در تاریکی می‌تابد و در آینده‌ی بسیار دور موجب کاهش وابستگی ما به نور الکتریکی می‌شود. اما گیاهان درخشان به ما در درک خود گیاه نیز کمک می‌کنند و بینشی درمورد نحوه‌ی متابولسیم گیاهان و چگونگی پاسخ آن‌ها به دنیای پیرامون در اختیار ما قرار می‌دهند.

پژوهشگران مطالعه‌ی جدید، روی دو گونه از گیاه تنباکو کار کرده‌اند. برخلاف گیاهان مهندسی ژنتیک شده‌ی درخشان قبلی که از باکتری‌های زیست‌تاب یا DNA کرم شب‌تاب استفاده می‌کردند، در این گیاهان از DNA قارچ زیست‌تاب استفاده شده است. پژوهشگران در مقاله‌ی خود نوشتند:

اگرچه ژن‌های باکتری زیست‌تاب می‌تواند برای مهندسی‌ خودزیست‌تابی به پلاستید افزوده شود، این کار ازنظر فنی دشوار بوده و نمی‌تواند نور کافی تولید کند. چرخه‌ی کافئیک اسید که مسیر متابولیکی مسئول درخشندگی در قارچ‌ها است، اخیرا توصیف شده است. ما انتشار نور را در گیاه گل توتون (Nicotiana tabacum) و نیکوتیان (Nicotiana benthamiana) بدون افزودن هیچ‌گونه بستر خارجی و ازطریق وارد کردن ژن‌های زیست‌تاب قارچ به ژنوم هسته‌ای گیاه گزارش می‌کنیم.

 

در پایان سال 2018 بود که گروهی از پزوهشگران (که بسیاری از آن‌ها در پژوهش جدید نیز مشارکت داشتند) مقاله‌ای را درمورد بیوسنتز لوسیفرین قارچی منتشر کردند. لوسیفرین ترکیبی است که عامل درخشش قارچ‌های زیست‌تاب است. آن‌ها دریافتند که این قارچ، لوسیفرین را از ترکیبی می‌سازد که کافئیک اسید نامیده می‌شود و طی این فرایند به عمل چهار آنزیم نیاز دارد. دو آنزیم در تبدیل کافئیک اسید به پیش‌ساز درخشان نقش دارند و آنزیم سوم، این پیش‌سازها را برای تولید فوتون اکسیده می‌کند. سپس آنزیم چهارم، این مولکول را مجددا به کافئیک اسید تبدیل می‌کند که می‌تواند طی همین فرایند بازیافت شود.

این‌جاست که همه‌چیر جالب می‌شود زیرا کافئیک اسید (ربطی به کافئین ندارد) در تمام گیاهان یافت می‌شود. کافئیک اسید در بیوسنتز لیگنین که پلیمر چوبی است که موجب سختی و استحکام دیواره‌های سلول گیاهی می‌شود، نقشی حیاتی دارد. براین‌اساس، این تیم استدلال کرد که شاید بتوان گیاهان را به طریق ژنتیکی مهندسی کرد تا همان‌طور که در قارچ‌های زیست‌تاب دیده می‌شود، مقداری از کافئیک اسید خود را به بیوسنتز لوسیفرین اختصاص دهند.

آن‌ها چهار ژن قارچی مرتبط با زیست‌تابی را وارد ژنوم گیاهان تنباکو کرده و آن‌ها را به دقت کشت کردند. پژوهشگران دریافتند که گیاهان از دوران جوانه تا بلوغ، با نوری مرئی که برای چشم غیرمسلح قابل مشاهده بود، می‌درخشیدند. این فرایند ظاهرا هزینه‌ای برای سلامتی گیاه نداشت. پژوهشگران در مقاله‌ی خود نوشتند:

در گلخانه، فنوتیپ کلی، کلروفیل و محتوای کاروتنوئید، زمان گلدهی و جوانه‌زنی بذر با تنباکوی نوع وحشی تفاوتی نداشت، فقط متوسط ارتفاع گیاهان ترانس‌ژنیک ۱۲ درصد افزایش یافته بود. این امر نشان می‌دهد که برخلاف بیان زیست‌تاب باکتریایی، بیان چرخه‌ی کافئیک اسید در گیاهان سمی نیست و بار آشکاری را حداقل در شرایط گلخانه، روی رشد گیاه تحمیل نمی‌کند.

پژوهشگران دریافتند که قسمت‌های جوان‌تر گیاه با روشنی بیشتری می‌درخشید و درخشش گل‌ها بیشتر از بخش‌های دیگر گیاه بود. به‌گفته‌ی پژوهشگران، این‌ گیاهان حدود یک میلیارد فوتون در دقیقه تولید می‌کنند. این مقدار روشنایی برای خواندن کافی نیست، اما به‌حدی روشن است که بتوان به وضوح دید. پژوهشگران گفتند گیاهان آن‌ها همچنین حدود ۱۰ برابر درخشان‌تر از دیگر گیاهان مهندسی ژنتیک‌شده‌ی درخشنده هستند.

البته افتخار درخشان‌ترین گیاه تولیدشده به گیاه آب‌تره‌ای تعلق دارد که به‌وسیله‌ی دانشمندان موسسه‌ی فناوری ماساچوست با استفاده از تکنیکی به نام نانوبیونیک گیاهی تولید شد که تابشی حدود یک تریلیون فوتون در ثانیه تولید می‌کرد اما این درخشش تنها برای ۳/۵ ساعت دوام داشت.

پژوهشگران دریافتند که درخشش طولانی‌مدت و خودپایدار جدید می‌تواند به‌عنوان شاخصی برای نشان دادن نحوه‌ی واکنش گیاه به محیط خارجی خود عمل کند. برای مثال وقتی آن‌ها یک پوست موز را در حوالی گیاه قرار دادند، گیاه در پاسخ به اتیلن ساطع‌شده درخشش بیشتری پیدا کرد. همچنین سوسو و امواجی در نور مشاهده می‌شد که به‌وسیله‌ی فرایندهای متابولیکی درونی که معمولا پنهان هستند، تولید می‌شود. این مساله نشان می‌دهد که این پژوهش می‌تواند روشی جالب برای مطالعه‌ی سلامت گیاه باشد. پژوهشگران در مقاله‌ی خود نوشتند:

با فعال‌کردن انتشار خودکار نور، می‌توان فرایندهای پویایی نظیر توسعه و فتوسنتز، پاسخ به شرایط محیطی و اثر تیمارهای شیمیایی را در گیاهان مورد نظارت قرار داد. با حذف نیاز به افزودن خارجی لوسیفرین یا بسترهای دیگر، این قابلیت‌های درخشندگی باید خصوصا برای آزمایش‌های رشد گیاه در خاک سودمند باشد.

درهمین‌حین، این تیم در تلاش است تا پژوهش خود را گسترش دهد. آن‌ها گیاهان گلداری مانند پیچ تلگرافی، اطلسی و رزها را ازنظر ژنتیکی اصلاح کرده‌اند. آن‌ها همچنین در تلاش برای تولید درخشندگی بیشتر و ایجاد رنگ‌های مختلف هستند. این پژوهشگران به اهداف بزرگ‌تری نیز فکر می‌کنند و می‌گویند:

اگرچه کافئیک اسید بومی جانوران نیست، درخشش خودکار در حیوانات نیز امکان‌پذیر است.

موفقیت دانشمندان در تولید برق از رطوبت هوا

پژوهشگران موفق شده‌اند دستگاهی بسازند که می‌تواند ۲۰ ساعت بی‌وقفه کار و برق تولید کند. این دستگاه در فضاهای داخلی و خارجی کاربردی است.

موفقیت دانشمندان در تولید برق از رطوبت هوا

روش‌های بسیار متنوعی وجود دارد که می‌توانیم به‌طور بالقوه تمام انرژی موردنیاز برای حسگرهای پزشکی کوچک یا دیگر دستگاه‌های دارای حداقل نیاز انرژی را تأمین کنیم.

بااین‌حال، معمولا فاصله‌ی زیادی بین چنین مواردی و چیزهای دیگری وجود دارد؛ مانند ژاکتی که وقتی راه می‌روید، گوشی تلفن شما را شارژ می‌کند. دستگاه‌های تولیدکننده‌ی برق یا قابلیت افزایش مقیاس ندارند یا کارآیی آن‌ها چنان کم است که برای شارژ تلفن نیز به زمان بسیار زیادی نیاز است. به‌تازگی مجله‌ی Nature مقاله‌ای منتشر و در آن دستگاهی را توصیف کرده است که به‌گفته‌ی نویسندگان، از یک طرف می‌تواند انرژی دستگاه‌های کوچکی مانند حسگرهای پزشکی را تأمین کند و از طرف دیگر مقیاس‌پذیر است؛ چنانکه با پنل‌های خورشیدی می‌تواند رقابت کند.

تمام آنچه دستگاه برای تولید انرژی به آن نیاز دارد، رطوبت محیط است. جالب این است که ظرفیت توسعه‌ی این دستگاه را دانشجویی به‌طور تصادفی کشف کرد که در حال کار روی موضوع کاملا متفاوتی بود. البته شمار زیادی از کشفیات علمی هنگامی رخ داده‌اند که دانشمندان مشغول کار روی موضوع دیگری بوده‌اند. تابش زمینه‌ی کیهانی (CMB) را افرادی کشف کردند که در حال کار روی گیرنده‌ی مایکروویو بودند؛ ولی با منبع آزاردهنده‌ای از نویز روبه‌رو شده بودند که از بین نمی‌رفت.

درباره‌ی کار اخیر، دانشجویی به‌نام شیائومنگ لیو مشغول کار روی پروتئین‌های رشته‌مانندی بود که باکتری آن‌ را ساخته بود. در بسیاری از گونه‌ها، این الیاف ریزی که با میکروسکوپ معمولی هم دیده نمی‌شوند، رساناهای مناسبی هستند و پژوهشگران در آزمایشگاه‌های مختلف در حال مطالعه‌ی ویژگی‌های مذکور و نیز باکتری‌هایی هستند که آن‌ها را تولید می‌کنند.

لیو مجموعه‌ای از پروتئین‌های باکتریایی را بین صفحات فلزی قرار داده بود. او در حال مطالعه‌ی ویژگی‌های این پروتئین‌ها بود؛ اما پروتئین‌ها ولتاژی تولید می‌کردند که تجهیزات او آن را ثبت کرد. احتمالا این ولتاژ موجب مزاحمت در روند کارش می‌شد و او می‌خواست از دست آن رها شود و در بیشتر موارد موفق نمی‌شد.

تنها چیزی که به‌نظر می‌رسید ولتاژ را از بین ببرد، حذف رطوبت از محیط بود؛ بنابراین، لیو و دیگر اعضای آزمایشگاه توجه خود را از این مسئله که چگونه ولتاژ را حذف کنند، به این مسئله تغییر دادند که چگونه رطوبت ولتاژ تولید می‌کند. در پایان، آن‌ها دستگاهی ساختند که صفحه‌ی رسانایی بود که در الیاف پروتئینی ریز حاصل از باکتری پوشانده شده بود. در بالای الیاف، نوارهای نازکی از الکترود قرار دادند. فاصله‌ی بین نوارها موجب می‌شد هوا به الیاف برسد و رطوبت نیز راه خود را به توری پیدا کند.

در حالت ابتدایی، دستگاه می‌تواند اختلاف ظرفیتی برابر یک ولت با چگالی توان حدود ۴۰ میلی‌وات‌ بر‌ سانتی‌مترمربع ایجاد کند. حتی وقتی اندازه‌ی دستگاه تا حد یک میلی‌متر کاهش پیدا می‌کند، می‌تواند نیم‌ولت برق تولید کند. دستگاه مذکور حتی وقتی سطح رطوبت محیط به حد ۲۰ درصد نیز می‌رسد (مقدار رطوبتی که معمولا فقط در بیابان دیده می‌شود)، کار می‌کند. ولتاژ حاصل زمانی در حداکثر مقدار خود بود که لایه‌ی الیاف پروتئینی ضخامت ۱۴ میکرومتر داشت؛ بنابراین، دستگاه به مقدار زیادی پروتئین نیاز ندارد.

دستگاه می‌تواند حدود ۲۰ ساعت به‌طور مستقیم برق تولید کند؛ البته در جریان این مدت، ولتاژ تا حدود ۳۰ درصد افت پیدا می‌کند. اگر تولید جریان پنج ساعت متوقف شود، ولتاژ کاملا بازیابی می‌شود؛ با‌این‌حال، مشخص نیست دستگاه بدون تخریب دائمی عملکرد چندبار بازیافت‌شدنی است. پژوهشگران دقیقا به این موضعو اشاره نمی‌کنند و می‌گویند «به‌طور مکرر».

موفقیت دانشمندان در تولید برق از رطوبت هوا

 

حتما شما هم می‌خواهید بدانید نحوه‌ی عملکرد دستگاه چگونه است. به‌گفته‌ی پژوهشگران، عملکرد دستگاه به وجود شیب رطوبتی در لایه‌ی پروتئینی نیاز دارد. براساس اندازه‌گیری‌ها، میزان اشباع در سطح شبکه ۲۷ درصد و میزان اشباع در پایه‌ی شبکه حدود ۳ درصد است. تعدادی از مولکول‌های آب جذب‌شده یونیزه می‌شوند و بقیه نیز به یونیزه‌شدن برخی از زیرگروه‌های شیمیایی پروتئین‌ها کمک و پروتون‌ها را در بسته‌های کوچکی از مایع آزاد می‌کنند.

به‌عقیده‌ی پژوهشگران، همین یون‌ها هستند که قابلیت انتقال بارهای الکتریکی را ازطریق الکترودها فراهم می‌آورند. پژوهشگران برای تأیید این موضوع برخی پلیمرهای مرتبط را آزمایش کردند و دریافتند وجود گروه‌های شیمیایی که به‌راحتی یونیزه می‌شوند، با عملکرد الکتریکی مرتبط است. این امر تا حدی معقول است؛ چراکه شیب آب موجود در دستگاه به‌ این مفهوم است که در یک سمت از آن درمقایسه‌با سمت دیگر، مواد یونیزه بیشتری وجود دارد.

همچنین، می‌توانید ببینید چگونه وقتی به دستگاه فرصت داده شود تا مجددا به حالت تعادل درآید، یون‌های استفاده‌شده هنگام فعالیت دستگاه برای تولید بار الکتریکی بازیابی خواهند شد.

البته ازآنجاکه به‌تدریج شیب رطوبتی در دستگاه از بین می‌رود، مشخص نیست دستگاه مذکور چگونه می‌تواند عملکرد خود را به‌طور نامحدود حفظ کند. بااین‌حال، پژوهشگران درباره‌ی چشم‌انداز آینده‌ی چنین دستگاهی امیدوار هستند. با‌توجه‌به اینکه تمام آنچه دستگاه به آن نیاز دارد، هوا است، می‌توان تعداد زیادی از آن را به‌طور انبوه در هر ساختار تعبیه کرد.

طبق محاسبات پژوهشگران، اگر مکعبی با وجه یک‌ متر داشته باشید که در آن فضای مساوی به جریان هوا و دستگاه‌های برداشت رطوبت اختصاص دهید، دستگاه می‌تواند یک کیلووات انرژی تولید کند. این مقدار با پنل‌های خورشیدی مدرن مقایسه‌شدنی است که به‌ازای هر مترمربع حدود ۲۰۰ وات انرژی تولید می‌کنند و آن‌ها را نمی‌توان به‌صورت انبوه روی‌هم قرار داد. البته نمی‌توان انتظار داشت جریان هوای زیادی در چنین دستگاهی وجود داشته باشد که اجزای آن بسیار نزدیک به‌هم قرار دارند؛ اما می‌توان برای بهبود جریان هوا قدری از چگالی توان را قربانی کرد. این دستگاه را می‌نوان هرجایی درمعرض هوای مرطوب قرار داد و هنگام شب نیز کار می‌کند.

یکی از پرسش‌های بی‌پاسخ درباره‌ی دستگاه این است که چقدر می‌تواند از اشباع‌شدن از آب اجتناب کند. مسئله‌ی دیگر آن است که پروتئین‌ها در محیط طی زمان تجزیه می‌شوند و مشخص نیست عملکرد این دستگاه چقدر وابسته‌ به حفظ ساختار الیاف است. ماده‌ی استفاده‌شده در این دستگاه نیز با برش از سطح باکتری در محیط کشت به‌دست می‌آید. این روش برای تولید انبوه اقتصادی نیست.

پلیمرهای جایگزین با ترکیب شیمیایی مشابه ممکن است همین عملکرد را داشته باشند؛ اما هنوز آزمایش نشده‌اند. سرانجام، مدل پژوهشگران از این دستگاه نشان می‌دهد الیاف پروتئینی کارآمدترین گزینه برای ساخت این نوع دستگاه‌ها نیستند. طبق محاسبه‌ی پژوهشگران، دستگاه آن‌ها به‌اندازه‌ی ۴ درصد از حداکثر توان تئوریکش تولید دارد؛ بنابراین، پرسش بی‌پاسخ بزرگ دیگر آن است که چقدر می‌توانیم عملکرد دستگاه را بهبود بخشیم.

ویروس ابزاری بیولوژیک برای ساخت نسل آینده باتری‌ها

دانشمندان امیدوار شده‌‌اند یکی از بدنام‌‌ترین گونه‌‌های حیات طبیعی را در جهت اهداف مفیدی مانند تولید باتری‌‌های زیستی به‌‌خدمت بگیرند.

‌‌ویروس ابزاری بیولوژیک برای ساخت نسل آینده باتری‌ها

در سال ۲۰۰۹ آنگلا بلچر، استاد زیست‌‌مهندسی از MIT به کاخ سفید رفت تا یک نمونه باتری کوچک را در حضور باراک اوباما، رئیس‌جمهور وقت ایالات متحده به‌نمایش بگذارد. به‌ندرت پیش می‌آید یک فناوری بتواند نظر رهبر قدرتمندترین کشور جهان را به خود جلب کند؛ اما این باتری از آن دسته فناوری‌هایی نبود که هرروزه در اخبار انرژی جهان شاهد آن هستیم.

بلچر موفق شده بود در الکترودهای مثبت و منفی یک باتری لیتیوم‌یون از ویروس‌ها بهره بگیرد. این دستاورد مهندسی می‌توانست نویدبخش ابداع راهکاری نوین برای حذف مواد سمی از ساختار باتری‌های جهان و افزایش کارایی آن‌ها باشد. درحالی که دولت اوباما پیش‌تر از اختصاص بودجه‌ای دو میلیارد دلاری برای نسل جدید باتری‌های پیشرفته خبر داده بود؛ فناوری جدید معرفی‌شده ازسوی بلچر می‌توانست همان چیزی باشد که صنعت ذخیره‌سازی انرژی سال‌ها انتظار آن را می‌کشید.

حال پس از یک دهه، به‌نظر می‌رسد فناوری باتری‌های ویروسی بلچر پیشرفت‌های چشمگیری داشته است. او ویروس‌هایی را طراحی کرده است که می‌توانند در ساختار  مواد مختلف به‌کار گرفته شوند و علاوه‌بر آن، از تکنیک‌های تازه‌ای پرده برداشته که می‌توانند برای ساخت سلول خورشیدی نیز مفید واقع شوند. با اینکه رؤیای بلچر برای ساخت خودروهایی با سوخت ویروس هنوز محقق نشده است؛ درنتیجه‌ی سال‌ها تلاش او و همکارانش در آزمایشگاه‌های MIT، این فناوری توانسته تقریبا به یک قدمی خروج از آزمایشگاه‌ها و ورود به دنیای واقعی برسد.

ویروس‌ها را می‌توان درواقع زامبی‌های میکروسکوپی دنیای طبیعت قلمداد کرد. این موجودات در مرز میان موجودات زنده و غیرزنده جای می‌گیرند و با اینکه مانند سایر موجودات زنده از DNA اختصاصی خود برخوردار هستند؛ جز درهنگام حضور در بدن میزبان خود، قادر به تولیدمثل نیستند. عدم توانایی ویروس‌ها در تولیدمثل مستقل باعث می‌شود نتوان یکی از بارزترین مشخصه‌های حیات را درمورد این موجودات صادق دانست. با این حال، بلچر معتقد است همین ویژگی‌های ویروس‌ها در کنار دانش مهندسی نانو می‌تواند به ما کمک کند باتری‌هایی با چگالی انرژی بیشتر، عمر طولانی‌تر و تعداد دفعات شارژ بالاتر تولید کنیم و در کنار تمامی این مزایا آسیب کمتری به محیط زیست وارد آوریم. کنستانتینوس گراسوپلوس، دانشمند ارشد تحقیقات درحوزه‌ی باتری‌های پیشرفته در آزمایشگاه فیزیک کاربردی جان هاپکینز می‌گوید:

گرایش روبه‌رشدی درزمینه‌ی کاربرد مواد نانو در ساختار الکترود باتری‌ها به‌چشم می‌خورد. چندین روش برای تولید نانومواد باکمک تکنیک‌های رایج در علم شیمی وجود دارد. مزیت استفاده‌ از مواد زیستی نظیر ویروس‌ها آن است که این موجودات به‌خودی خود در مقیاس نانو هستند. از این‌رو، آن‌ها در حکم قالب یا چارچوبی طبیعی برای ساخت مواد باتری به‌شمار خواهند آمد.

‌‌ویروس ابزاری بیولوژیک برای ساخت نسل آینده باتری‌ها

پیش‌تر، طبیعت موفق شده است از روش‌هایی مختلف و بدون دخالت ویروس‌ها، ساختارهای کاربردی را از مواد غیرارگانیک تولید کند. یکی از این ساختارهای جالب، صدف‌های آبالونی هستند که به‌شدت موردتوجه بلچر نیز قرار گرفته‌اند. ساختار این نوع صدف‌ها بسیار سبک و مستحکم است. طی چندین میلیون سال، دی‌ان‌ای این موجودات به‌گونه‌ای تکامل یافته است که اکنون می‌توانند مولکول‌های کلسیم را از محیط‌های دریایی غنی از مواد معدنی استخراج کرده و آن را در بدنه‌ی خود به‌شکل لایه‌به‌لایه انباشت کنند؛ اما بلچر دریافته است که می‌توان از این فرایند بنیادین برای ساخت مواد مفید از ویروس‌ها نیز بهره برد. او می‌گوید:

ما بیولوژی را به‌گونه‌ای مهندسی کرده‌ایم تا تولید نانوموادی را که به‌صورت طبیعی تولید نمی‌شوند، تحت کنترل درآوریم. ما ابزار زیست‌شناسی را برای کار با مواد جدید بسط داده‌ایم.

برای رسیدن به این هدف، بلچر ویروس M13 را انتخاب کرده است. این ویروس، نوعی باکتری‌خوار سیگاری‌شکل است که درون باکتری‌ها تکثیر می‌شود. گرچه M13 تنها ویروسی نیست که می‌توان از آن برای مهندسی نانو بهره گرفت؛ اما بلچر می‌گوید کار با این ویروس به‌دلیل سهولت در دستکاری محتویات ژنتیکی آن ساده‌تر است. برای آن‌که بتوان این ویروس را وادار به تولید الکترود کرد، بلچر آن را در معرض موادی قرار داد که قصد دستکاری آن‌ها را داشت.

جهش ژنتیکی طبیعی یا مصنوعی رخ‌داده در ساختار دی‌ان‌ای برخی از ویروس‌ها باعث می‌شود که این موجودات به موادی که درمعرض آن قرار گرفته‌اند، بچسبند. در مرحله‌ی بعد، بلچر این ویروس‌ها را استخراج کرده و یک باکتریوم را با‌ آن‌ها آلوده می‌کند. بدین‌ترتیب، میلیون‌ها نمونه از یک ویروس به‌خصوص در محیط باکتریوم کشت می‌شوند. این سازوکار بارها و بارها تکرار می‌شود و با هر بار تکرار، ویروس دقت بیش‌تری در طراحی معماری باکتری به‌دست می‌آورد.

باید دانست ویروس‌هایی که بلچر طراحی کرده است، قادر به تشخیص الکترودهای مثبت و منفی باتری از یکدیگر نیستند و البته نیازی هم نیست چنین قابلیتی داشته باشند. دی‌ان‌ای این ویروس‌ها به‌گونه‌ای برنامه‌ریزی شده است که قادر به انجام تنها یک وظیفه‌ی مشخص باشند. وقتی میلیون‌ها عدد از این ویروس‌ها در کنار یکدیگر یک کار به‌خصوص را انجام دهند، این مجموعه قادر به تولید موادی مفید خواهد بود.

برای مثال، این ویروس می‌تواند به‌شکلی مهندسی شود که بتواند یک پروتئین خاص با قابلیت جذب ذرات اکسید کبالت را روی سطح خود تولید کند. بدین‌ترتیب با تولید میزان بیش‌تری از این پروتئین، ذرات بیش‌تری از اکسید کبالت  روی سطح ویروس جذب شده تا اینکه نهایتا تمامی بدنه‌ی ویروس با ذرات یادشده پوشیده شود. این روند باعث ایجاد یک نانورشته ازاکسید کبالت باکمک ویروس‌ها خواهد شد که می‌تواند در ساختار یک الکترود باتری کارایی داشته باشد.

‌‌ویروس ابزاری بیولوژیک برای ساخت نسل آینده باتری‌ها

^{هنوز راهی طولانی تا تحقق رؤیای استفاده از باتری‌های ویروسی در خودروهای الکتریکی در پیش است.}

روش ابداعی بلچر در دستکاری ژنتیکی ویروس‌ها تاحدودی به شیوه‌ی پرورش نژادهای اصلاح‌شده‌ی سگ‌ها شباهت دارد

در روش ابداعی بلچر، با تطبیق‌‌دهی توالی دی‌‌ان‌‌ای ویروس‌‌ها با عناصر مختلف جدول تناوبی سعی شده است روند «انتخاب غیرطبیعی» با سرعت‌‌بیش‌‌تری انجام شود. کدگذاری یک‌‌سویه‌‌ی DNA می‌‌تواند موجب شود ویروس توانایی جذب یک مولکول خاص مانند فسفات آهن را به‌‌دست آورد؛ درحالی‌که یک تغییر در این کدگذاری ممکن است باعث شود همین ویروس شروع به جذب اکسید کبالت کند.

این روش برای کلیه‌‌ی عناصر جدول تناوبی قابل‌‌پیاده‌‌سازی است؛ به‌‌شرطی که بتوانیم توالی دی‌‌ان‌‌ای مناسب آن را بیابیم. از این رو، می‌‌توان کار  بلچر را تاحدودی با آنچه پرورش‌‌دهندگان نژادهای گزینشی از سگ‌‌ها انجام می‌‌دهند، مقایسه کرد؛ با این تفاوت که بلچر به‌‌جای سگ‌‌های اصلاح‌‌نژادشده، ویروس‌‌هایی باقابلیت کارکرد درون باتری پرورش می‌‌دهد. این روند حاکی از نوعی دخالت در سیر انتخاب طبیعی موجودات است که رخ‌‌دادن آن در طبیعت به‌‌شکل عادی بسیار بعید به‌‌نظر می‌‌رسد.

بلچر تاکنون از تکنیک خود برای ساخت الکترودهای ویروسی گوناگون و استعمال آن‌‌ها در طیف متنوعی از باتری‌‌ها بهره برده است. باتری کوچکی که او در سال ۲۰۱۹ و در حضور اوباما رونمایی کرد، درواقع یک باتری دکمه‌‌ای استاندارد لیتیوم‌‌یونی بود که نمونه‌های سنتی آن در ساعت‌‌های مچی یافت می‌‌شود.

او از این باتری برای روشن‌‌نگاه‌‌داشتن یک لامپ ال ای‌‌دی کوچک بهره برد. با این حال، بلچر الکترودهای نامتعارف‌‌تری را مشابه‌‌با آنچه در انواع باتری‌‌های لیتیوم‌‌هوا و سدیم‌‌یون دیده می‌‌شود، به‌‌کار گرفته بود. او در توجیه این کار خود می‌‌گوید که دلیلی برای تولیدی محصولی رقیب با باتری‌‌های رایج لیتیوم‌‌یون نمی‌‌بیند. او می‌‌افزاید:

ما نمی‌‌خواهیم با فناوری فعلی رقابت کنیم. ما تنها به‌‌دنبال پاسخ به این پرسش هستیم که «آیا زیست‌‌شناسی می‌‌تواند در حل مسائلی مفید واقع شود که تابه‌‌امروز بی‌‌پاسخ مانده‌‌اند؟»

یکی از کاربردهای احتمالی این ویروس‌‌ها می‌‌تواند در تولید ساختارهای الکترودی منظمی باشد که امکان کاهش مسافت طی‌‌شده توسط یون را در خلال جابجایی میان دو الکترود فراهم کند. این سازوکار می‌تواند نرخ شارژ و تخلیه‌‌ی باتری را افزایش دهد. به‌‌گفته‌‌ی پاول براون، مدیر آزمایشگاه تحقیقات مواد از دانشگاه ایلینویز، چنین دستاوردی به‌‌منزله‌‌ی جام مقدس صنایع ذخیره‌‌سازی انرژی محسوب خواهد شد.

او می‌‌گوید سامانه‌‌های مبتنی‌‌بر ویروس می‌‌تواند تاحد قابل‌‌ملاحظه‌‌ای ساختار الکترودهای درون باتری را بهبود داده و نرخ شارژ را تسریع کند.

تاکنون الکترودهای مبتنی‌‌بر ویروس بلچر ساختاری اساسا تصادفی داشته‌‌اند؛ اما او و همکارانش در تلاش هستند ویروس‌‌ها را وادار به جایابی منظم‌‌تری کنند. با این حال، هم‌‌اکنون نیز باتری‌‌های ویروسی او همچنان از لحاظ ظرفیت انرژی، طول عمر و نرخ شارژ نسبت‌‌به باتری‌‌های مشابه  با الکترودهای سنتی برتری‌هایی دارند.

اما بلچر می‌‌گوید بزرگ‌‌ترین مزیت این نوع سیستم‌‌ها آن است که دوستدار محیط زیست هستند. روش‌‌های سنتی تولید الکترود مستلزم کار با مواد شیمیایی سمی و دماهای بسیار بالا است؛ درحالی‌که تمام آنچه که بلچر برای تولید الکترود نیازمند آن است، مواد اولیه‌‌ی الکترود، آب در دمای اتاق و مقداری ویروس اصلاح‌‌شده‌‌ی ژنتیکی است. بلچر می‌‌گوید:

تمرکز فعلی ما در آزمایشگاه، دستیابی به پاک‌‌ترین فناوری است.

بلچر برای تولید الکترود باتری‌ها تنها به مواد اولیه، آب در دمای اتاق و مقداری ویروس اصلاح‌‌شده نیاز دارد

او می‌افزاید این سیاست شامل ملاحظات مربوط‌‌به محل استخراج مواد معدنی موردنیاز برای ساخت الکترودها و نیز زباله‌‌های تولیدشده در فرایند ساخت الکترودها نیز خواهد شد. فناوری ابداعی بلچر هنوز برای ورود به بازار آماده نیست، ولی او و همکارنش می‌‌گویند که هم‌‌اینک چندین مقاله از آن‌‌ها دردست بازبینی است که در آن‌‌ها به نحوه‌‌ی تجاری‌‌سازی این فناوری برای حوزه‌‌هایی نظیر صنایع انرژی اشاره شده است. بااین‌حال، وی از ذکر جزئیات بیش‌‌تر در این مورد خودداری کرد.

‌‌ویروس ابزاری بیولوژیک برای ساخت نسل آینده باتری‌ها

^{سامانه‌های مبتنی‌بر ویروس‌ها علاوه‌بر کاربرد در صنایع ذخیره‌سازی انرژی، می‌توانند در تشخیص و درمان سلول‌های سرطانی نیز مفید واقع شوند.}

وقتی بلچر برای اولین‌‌بار از ایده‌‌ی خود در ارتباط‌‌با استفاده از ساختارهای مبتنی‌‌بر دی‌‌ان‌‌ای با هدف تولید مواد سودمند سخن گفت، با سیلی از انتقادات ازسوی همکارانش مواجه شد. او می‌‌گوید: «مردم به من می‌‌گفتند که دیوانه شده‌‌ام.» امروز دیگر این ایده چندان دورازدسترس به‌‌نظر نمی‌‌رسد؛ ولی هنوز هم رساندن این فناوری از مرحله‌‌ی آزمایشگاهی به فاز تجاری همچنان با چالش‌‌های عدیده‌‌ای مواجه است. بوجدان دراگنی، استاد شیمی دانشگاه ایندیانا بلومینگتون می‌‌گوید:

تولیدکنندگان باتری‌‌های سنتی از مواد و فرایندهای کم‌‌هزینه استفاده می‌‌کنند؛ درحالی‌که مهندسی ویروس‌‌ها باهدف بهبود کارکرد و رفع موانع تولید انبوه هنوز مستلزم سال‌‌ها پژوهش و هزینه‌‌های مرتبط‌‌با آن خواهد بود. ما به‌‌تازگی در حال درک ظرفیت موجود در مواد مبتنی‌‌بر ویروس از جنبه‌‌ی مشخصات فیزیکی هستیم.

پیش‌‌ازاین، بلچر براساس نتایج پژوهش‌‌های خود در حوزه‌‌ی مونتاژ ویروسی اقدام به ثبت دو شرکت کرده بود. یکی از این دو شرکت Cambrios Technologies نام دارد که در سال ۲۰۰۴ تأسیس شد و در حوزه‌‌ی ساخت پوشش صفحات لمسی براساس روش‌‌های تولید مبتنی‌‌بر ویروس فعالیت دارد. شرکت دوم او نیز با نام Siluria Technologies از ویروس‌‌ها در فرایند تبدیل متان به اتیلن (یکی از گازهای پرکاربرد در صنایع تولیدی) بهره می‌‌برد. در یک مقطع زمانی، بلچر از ویروس‌‌ها برای مونتاژ سلول‌‌های خورشیدی نیز کمک گرفت؛ ولی این فناوری در مقایسه‌‌با سلول‌‌های خورشیدی پروسکایتی از بازدهی مناسبی برخوردار نبود.

هنوز نمی‌‌توان با قطعیت درمورد زمان تجاری‌‌سازی فناوری ساخت الکترودهای باتری باکمک ویروس‌‌ها اظهارنظر کرد. گراسپولوس می‌‌گوید در تأسیسات ساخت باتری، چندین تُن مواد به مصرف می‌‌رسد؛ بنابراین رسیدن به چنین حجمی از تولید، آن هم تنها باکمک مولکول‌‌های بیولوژیکی کار چندان ساده‌‌ای نخواهد بود.  البته او معتقد است که با اینکه نمی‌‌توان چنین موضوعی را به‌‌منزله‌‌ی یک بن‌‌بست در این فناوری تلقی کرد.؛ ولی احتمالا کماکان ازجمله چالش‌‌های کلیدی پیش‌‌روی پژوهشگران خواهد بود.