تصميم نبات إلكتروني يحول ثاني أكسيد الكربون إلى أوكسجين

أعلن مركز محمد بن راشد لأبحاث المستقبل، إحدى مبادرات مؤسسة دبي للمستقبل، عن اكتمال إعداد 35 بحثاً علمياً ضمن «تحدي محمد بن راشد لاستيطان الفضاء»، شملت دراسة علمية ترتكز على هندسة التكنولوجيا الحيوية للنباتات الإلكترونية الخارقة، ودراسة لاستخلاص المياه من الأبخرة في سطح المريخ، وتطوير تكنولوجيا روبوتية جديدة تستخدم الطاقة الشمسية لإنتاج مواد البناء المتشابكة.

واختيرت المشروعات بناء على تقييم أجراه المشاركون في المبادرة، البالغ عددهم 275 خبيراً من أبرز الجامعات والمراكز البحثية العالمية في مختلف دول العالم، بما في ذلك الولايات المتحدة الأميركية، والمملكة المتحدة، وسويسرا، وسنغافورة، واليابان، وأستراليا، وكندا، وفرنسا، وألمانيا، والمغرب، والإمارات العربية المتحدة، وغيرها.

وشملت البحوث العلمية الـ35 التي يدعمها المركز، دراسة ترتكز على هندسة التكنولوجيا الحيوية للنباتات الإلكترونية، أعدها العالمان، تارا كريمي وموجي كريمي، من شركة «سيمفيتا فاكتوري»، المتخصصة في تطوير الحلول المبتكرة في قطاعات الكيمياء والبيولوجيا وتطبيقاتهما المتنوعة في الفضاء والأرض، بهدف تصميم نماذج تكنولوجية تعتمد على عملية التمثيل الضوئي، التي تحول النباتات من خلالها غاز ثاني أكسيد الكربون والماء إلى أوكسجين وغلوكوز.

ويمثل تطوير هذا النموذج عنصراً داعماً لتطوير قطاع الفضاء، ويمكّنه من الاستفادة مما معدله كيلوغرام واحد من ثاني أكسيد الكربون، الذي يصدر عن زفير رائد الفضاء يومياً، من خلال جمعه ومعالجته وإعادة تدويره، إلى مكونات مفيدة خلال السفر إلى الفضاء.

كما أن هذه التكنولوجيا قد تسهل عملية إنتاج الأوكسجين في المستوطنات الفضائية مستقبلاً من الهواء المحيط بها، بالنظر إلى أن ثاني أكسيد الكربون يشكل 95% من الغلاف الجوي لكوكب المريخ.

ويمكن توظيف التكنولوجيا الجديدة على كوكب الأرض في الحد من الانبعاثات الكربونية ومعالجة ظاهرة التغير المناخي.

كما يمكن لها تخفيض كلفة عمليات جمع ثاني أكسيد الكربون، وتخزينه في باطن الأرض، إلى 30 دولاراً فقط للطن الواحد من الكربون، مقابل 100 دولار لكل طن كلفة التكنولوجيا المستخدمة حالياً، إضافة إلى إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون إلى مواد مفيدة.

وأكد العالمان، تارا كريمي وموجي كريمي، أن تمويل المركز لهذا البحث ساعدهما على ابتكار نموذج أولي لتكنولوجيا تحويل غاز الكربون، بالاعتماد على مفهوم التمثيل الضوئي، الذي يسهم في تطوير طريقة مستدامة لإنتاج المواد الكيميائية والبوليمرات التي تستخدم ثاني أكسد الكربون كمادة وسيطة، ما يوفر فوائد عدة للمجتمع والاقتصاد والبيئة.

وتشمل قائمة المشروعات التي يدعمها المركز دراسة عمل عليها الدكتور خافيير مارتن توريس، من جامعة لوليا للتكنولوجيا في السويد، لاستخلاص المياه من الأبخرة في سطح المريخ، باستخدام الأملاح التي تمتص الرطوبة من الهواء عند مستويات معينة من الحرارة، وتحولها إلى مياه يمكن استخدامها في الفضاء.

وأكد توريس أن تكنولوجيا «مزارع المياه» تدعم جهود استكشاف كوكب المريخ، إضافة إلى إمكان توظيفها في معالجة التحديات الاقتصادية والبيئية والاجتماعية على الأرض، مشيراً إلى أهمية تطبيق المشروع على نطاق واسع لدعم المجتمعات في الأماكن ذات البيئة القاسية، وتوفير المياه للدول التي تعتمد على تحلية المياه.

وأسهم دعم المركز في إنجاز هذا البحث، وتطوير نماذج وظيفية عدة للمزارع المائية، واختبارها في منجم بولبي بالمملكة المتحدة، كونه بيئة قاسية مماثلة لكوكب المريخ.

وساعد البحث الثالث، الذي موله المركز، مجموعة من العلماء في جامعة أريزونا على تطوير تكنولوجيا روبوتية تستخدم الطاقة الشمسية لإنتاج مواد البناء المتشابكة، ويجري العمل حالياً على إنهاء إجراءات تسجيل براءة اختراع النموذج الذي يجمع بين قدرات الروبوت وتكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد.

ويمثل النموذج قفزة في عالم الطباعة ثلاثية الأبعاد، إذ إن حجم الروبوت لا يحد من حجم الهياكل التي يمكنه بناؤها، الأمر الذي يعتبر عادة من أكبر التحديات التي واجهت التطبيقات العملية لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. وإضافة إلى ذلك ستسهم هذه التكنولوجيا في التقليل من كلفة البناء بمقدار ثلاثة أضعاف، والحد من المخاطر على الصحة والسلامة، التي ينطوي عليها مجال البناء في البيئات القاسية.

وأكد العالم، جيكان ثانغا، أنه «على الرغم من تطوير هذه التكنولوجيا من أجل بناء المستوطنات الفضائية، إلا أنها ستسهم أيضاً في تطوير قطاع البناء على الأرض، إذ يمكن استخدام الروبوت لحفر القنوات واستصلاح الأراضي وغيرهما من المجالات».

وكان مركز محمد بن راشد لأبحاث المستقبل، التابع لمؤسسة دبي للمستقبل، أعلن في يونيو 2018 عن اختيار 53 بحثاً علمياً لتمويلها من خلال «تحدي محمد بن راشد لاستيطان الفضاء»، الذي يهدف إلى توفير منصة لدعم الأبحاث المتخصصة، بما يعزز ويسرع توليد أفكار وابتكار حلول تدعم تأسيس مجتمعات متكاملة صالحة لحياة الإنسان في الفضاء.

شارك في التحدي، فرق عمل في أكثر من 200 جامعة من 55 دولة، قدمت 275 مقترحاً بحثياً، وقد حصل أصحاب الأبحاث الـ35 التي اختيرت، على تمويل يصل إلى 50 ألف درهم للعمل في تنفيذ أبحاثهم.

ويمثل المركز منصة معرفية وبحثية تقدم، للمعنيين بعلوم المستقبل من الجهات الحكومية والخاصة، سلسلة متكاملة من الخدمات الاستشارية والتقارير.

قطاعات مستقبلية

أكد نائب الرئيس التنفيذي لمؤسسة دبي للمستقبل، عبدالعزيز الجزيري، أهمية مشاركة وتعميم المعرفة العلمية في تعزيز جهود صناعة المستقبل، وأولوية تطوير بيئة البحث العلمي، بما يسهم في تعزيز التجارب وتصميم الحلول الاستباقية للتحديات.

وقال الجزيري إن نشر الدراسات العلمية يعكس توجهات المركز في دعم البحث العلمي في مختلف القطاعات المستقبلية، وفي المجالات المرتبطة باستيطان الفضاء، التي من شأنها تحسين وتطوير الحياة على كوكب الأرض أيضاً. ويؤكد حرص المؤسسة على تعزيز التعاون والشراكة مع الجهات والمراكز البحثية حول العالم، لخلق أفكار وابتكارات جديدة تسهم في إحداث تغيير ملموس ودعم مسيرة صناعة المستقبل.