p Mudar a forma como a nação gera e consome energia está no centro de uma nova doação da NSF concedida à Arizona State University e Kevin Redding, professor da Escola de Ciências Moleculares e diretor do Centro de Bioenergia e Fotossíntese (CB&P). p O objetivo de Redding e seu grupo de pesquisa é obter produção de hidrogênio de algas em escala industrial, uma meta que requer uma melhoria em relação à tecnologia atual em pelo menos cinco vezes.

p "Eu não vejo o hidrogênio tanto como um combustível, mas como uma mercadoria essencial que consumimos a uma taxa de mais de 20 milhões de toneladas métricas por ano - e que agora fazemos por reforma a vapor de combustíveis fósseis, um processo que consome muita energia e produz dióxido de carbono, "Explicou Redding." Se pudéssemos substituir até mesmo uma parte disso por biohidrogênio de algas que é feito por meio de luz e água, teria um impacto substancial. Contudo, o estado do campo de biohidrogênio não está nem perto de onde precisa estar para ser comercialmente viável. "

p "Achamos que algumas abordagens radicalmente diferentes precisavam ser adotadas - portanto, nossa ideia maluca de ligar a enzima hidrogenase diretamente ao fotossistema I para desviar uma grande fração dos elétrons da divisão da água (pelo fotossistema II) para produzir hidrogênio molecular. "

p É de conhecimento comum que plantas e algas, bem como cianobactérias, usam a fotossíntese para produzir oxigênio e "combustíveis, "sendo as últimas substâncias oxidáveis ​​como carboidratos e hidrogênio. Existem dois complexos pigmento-proteína que orquestram as reações primárias da luz na fotossíntese oxigenada:Fotossistema I (PSI) e Fotossistema II (PSII).

p Algas (neste caso, a alga verde unicelular Chlamydomonas reinhardtii, ou 'Chlamy' para breve) possuem uma enzima chamada hidrogenase que usa elétrons que obtém da proteína ferredoxina, que é usado para transportar elétrons de PSI para vários destinos. A hidrogenase de algas é rápida e irreversivelmente inativada pelo oxigênio que é constantemente produzido pelo PSII. Espera-se que ligar a hidrogenase diretamente ao PSI irá mitigar os problemas, incluindo o fato de que a hidrogenase compete mal por elétrons e é inativada pelo oxigênio.

p "Usando o conceito distorcido de PSI-hidrogenase, Andrey Kanygin conseguiu produzir uma alga projetada que oferece a melhor produção de hidrogênio sustentada de todas as algas. Trabalhando com Alec Smith, um Barrett Fellow do CB&P, eles produziram uma nova cepa que tem a maior taxa inicial já medida, mas depois ele cai. Com esta concessão, podemos, com sorte, produzir um organismo com o melhor de ambos:altas taxas que são sustentadas por muito tempo. "

p Em um futuro sistema comercial, a pessoa vai querer ser capaz de fazer crescer as células normalmente no início, e então mudá-los para um modo em que a maioria dos elétrons é desviada para produzir hidrogênio - essencialmente passando de um sistema de replicação barato para uma "biofábrica" ​​na qual a luz solar impulsiona a produção de hidrogênio usando água. Os sistemas propostos fornecem uma maneira óbvia de fazer isso ativando os genes que codificam as proteínas PSI-hidrogenase ligadas. Consequentemente, elétrons serão desviados da fixação de dióxido de carbono para a produção de hidrogênio.

p Parceria com Israel

p A bolsa da NSF é parte da Fundação de Ciência Binacional U.S.-Israel (BSF). Neste arranjo, um cientista americano e um cientista israelense unem forças para formar um projeto conjunto. O parceiro dos EUA apresenta uma doação do projeto conjunto para a NSF, e o parceiro israelense envia a mesma doação para a ISF (Fundação de Ciência de Israel). Ambas as agências devem concordar em financiar o projeto para obter o financiamento do BSF. Prof. Iftach Yacoby da Universidade de Tel Aviv. Parceiro de Redding no projeto BSF, é um jovem cientista que começou na TAU há cerca de 5 anos e se concentrou em diferentes maneiras de aumentar a produção de biohidrogênio de algas.

p "Iftach está adotando abordagens muito diferentes para este problema, o que não vejo mais ninguém por aí fazendo. Alguns de seus trabalhos são um pouco controversos, mas acho que suas conclusões básicas são sólidas. Temos nos falado intermitentemente por alguns anos, mas recentemente percebemos que nossas abordagens e habilidades são muito complementares. É uma parceria natural. Já estamos trabalhando em nossos dois primeiros manuscritos conjuntos! "

p Aproveitando talentos de escolas locais

p Redding também está em parceria com o Global Institute of Sustainability da ASU para desenvolver um módulo dentro da Wells Fargo Regional Sustainability Teachers Academy. Eles estão trabalhando com Molly Cashion e Robert McGehee, os Coordenadores do Programa da Academia.

p A equipe desenvolverá um módulo sobre triagem de algas com um método de sobreposição de ágar. Eles vão treinar professores locais do ensino fundamental e médio como fazer isso na Academia. Eles precisarão apenas de um forno de micro-ondas e banho-maria para realizar o ensaio, e seus alunos construirão seus iluminadores com uma caixa de papelão usando fitas de LED e baterias AA. Estudantes voluntários de graduação levarão outros materiais para as salas de aula e auxiliarão os professores conforme necessário. As algas são cultivadas em pratos, coberto com ágar misturado com Rhodobacter, e permitiu desenvolver durante a noite.

p Os alunos podem visualizá-los no dia seguinte com suas próprias câmeras de telefone, usando um pequeno filtro de interferência verde fornecido pela bolsa. Eles podem então tirar suas próprias conclusões sobre as melhores cepas produtoras de hidrogênio. Este plano baseia-se em conceitos dos conceitos de ensino de ciências da próxima geração, em que a aprendizagem é impulsionada pela própria curiosidade dos alunos. Eles receberão apenas uma explicação superficial no início, mas, conforme o experimento avança, os cientistas responderão às suas perguntas sobre como as coisas funcionam. Os alunos serão incentivados a experimentar diferentes condições para descobrir as melhores linhagens de algas e como induzi-las a produzir mais hidrogênio. Desta maneira, eles se tornam parceiros na descoberta.