يواجه قطاع الطيران حاليًا مفترق طرق هائلًا في مجال الطاقة. فبينما يبدو التحول إلى السيارات الكهربائية أمرًا محسومًا (رغم كل الشكوك المحيطة به)، يختلف الوضع تمامًا في مجال الطيران. فالبطاريات الحالية لا تمتلك، ومن المرجح ألا تمتلك قريبًا، كثافة الطاقة اللازمة لنقل أطنان من المعادن والركاب عبر المحيطات. وهنا يأتي دور الكيمياء، أو بالأحرى، البيولوجيا التركيبية.
لم تكن مشكلة الوقود الحيوي، حتى الآن، تكمن في فعاليته، بل في تكلفة تطويره . فقد كان ابتكار ميكروب قادر على استخلاص الوقود عمليةً أشبه بالبحث عن إبرة في كومة قش جيني، تتطلب عقودًا من العمل واستثمارات بمليارات الدولارات. إلا أن باحثين في معهد الطاقة الحيوية المشترك (JBEI) أعلنوا مؤخرًا عن نقلة نوعية قد تحوّل الوقود الحيوي من مجرد فكرة نبيلة إلى واقع صناعي مجدٍ اقتصاديًا.
مأزق الهندسة الحيوية
تقليديًا، تُعدّ هندسة الكائنات الدقيقة مثل بكتيريا الزائفة البوتيدية لإنتاج الإيزوبرينول -المادة الأولية لوقود الطائرات عالي الكثافة DMCO- عمليةً يدويةً بطيئة. كان على العلماء تعديل جين واحد في كل مرة، ومراقبة النتائج، والأمل في صحة حدسهم البشري. هذا النهج أقرب إلى الخيمياء في العصور الوسطى منه إلى الصناعة الحديثة.
الزائفة البوتيدية
ابتكر باحثون في مختبر بيركلي استراتيجيتين متكاملتين تُقلّصان مدة التطوير من سنوات إلى بضعة أسابيع . ولا يقتصر هذا الإنجاز على الجانب الأكاديمي فحسب، ففي عالم الأعمال، يُعدّ الوقت العامل الرئيسي في تحديد التكاليف. إن تقليص مدة طرح منتج حيوي جديد في السوق من عشر سنوات إلى سنة واحدة فقط يعني خفضًا كبيرًا في رأس المال الاستثماري، وجعل القطاع بأكمله جاذبًا للاستثمارات واسعة النطاق.
الاستراتيجية 1: الأتمتة والذكاء الاصطناعي
يتمثل الابتكار الأول في دمج الروبوتات والتعلم الآلي . فبدلاً من الاعتماد على "حدس" الباحث، قام الفريق بقيادة هيكتور غارسيا مارتين ببناء خط أنابيب آلي.
- سرعة التنفيذ: يمكن لجهاز الموائع الدقيقة إدخال المادة الوراثية في 384 سلالة مختلفة في أقل من دقيقة. أما يدويًا، فستستغرق العملية نفسها يوم عمل كامل.
- التعلم المستمر: يقوم الذكاء الاصطناعي بتحليل البيانات من البروتينات المنتجة ويقترح تركيبات الجينات التي يجب "إيقافها" أو "تخفيفها" باستخدام تقنية CRISPR.
والنتيجة؟ تم إنجاز دورات هندسية تستغرق عادةً سنوات في ستة أسابيع فقط، مما حقق زيادة خمسة أضعاف في إنتاج الإيزوبرينول. هذا النهج المنهجي يقضي على الخطأ البشري، والأهم من ذلك، على تباين البيانات، مما يجعل الإنتاج قابلاً للتنبؤ والتوسع.
الاستراتيجية الثانية: المستشعر الحيوي الجيني، أو كيفية استغلال "نقاط ضعف" الميكروبات
أما الاستراتيجية الثانية، إن شئت، فهي أكثر سخريةً، وتتسم بطابع كينزي نموذجي في براغماتيتها: استخدام المشكلة لإيجاد حل. فبكتيريا الزائفة البوتيدية لديها عادة سيئة تتمثل في "التهام" مادة الإيزوبرينول التي تنتجها. وقد تحول هذا السلوك، الذي كان يُنظر إليه في البداية على أنه عقبة لا يمكن التغلب عليها، إلى ميزة تنافسية.
حدد الباحثون البروتينات التي يستخدمها الميكروب للكشف عن الوقود، وأعادوا برمجتها. فابتكروا مستشعرًا حيويًا جينيًا مرتبطًا بجينات أساسية لبقاء الخلية. ببساطة، لا تستطيع البقاء والتكاثر إلا الميكروبات التي تنتج أكبر كمية من الوقود.
| طريقة | الآلية | النتيجة (زيادة في سعر الوقود) |
| الذكاء الاصطناعي والأتمتة | التحسين القائم على البيانات | 5 مرات |
| المستشعر الحيوي | الانتقاء الطبيعي القسري | 36 مرة |
بفضل هذا النوع من "الرأسمالية البيولوجية" حيث لا يبقى إلا من ينتج أكثر، تمكن الفريق من تحديد سلالات ذات إنتاجية أعلى بـ 36 ضعفًا . لم يضطروا إلى تحليل ملايين المتغيرات يدويًا؛ فقد قامت الطبيعة (بعد تعديلها بشكل مناسب) بالعمل الشاق نيابةً عنهم.
نحو تحقيق وفورات هيكلية في الأسعار
لماذا ينبغي أن تكون هذه النتائج ذات أهمية لأولئك الذين يدرسون السيناريوهات الاقتصادية؟ يكمن الجواب في هيكل التكاليف الثابتة .
- تقليل البحث والتطوير: إذا استطاع فريق صغير أن يقوم في عام واحد بما كان يستغرق في السابق مئات الأشخاص عقدًا من الزمن، فإن تكلفة البحث والتطوير لكل لتر من الوقود تنخفض بشكل كبير.
- كفاءة العملية: إن استخدام الكتلة الحيوية (مخلفات النباتات) التي يتم تحويلها بواسطة الميكروبات عالية الكفاءة يسمح لنا بالتنافس مع سعر النفط، خاصة في سوق ستصبح فيه ضرائب انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (ETS) عقابية بشكل متزايد.
- قابلية التعميم: لا تقتصر هذه الأساليب على وقود الطائرات فحسب، بل يمكن تطبيقها على البلاستيك والأدوية والمضافات الكيميائية، مما يخلق اقتصادًا حيويًا مستقلًا عن التقلبات الجيوسياسية للدول المنتجة للنفط.
هل هي رحلة نحو السيادة على الطاقة؟
إن إمكانية إنتاج وقود اصطناعي عالي الكثافة الطاقية محلياً، انطلاقاً من الكتلة الحيوية المحلية وباستخدام مصانع ميكروبية مُحسّنة بالذكاء الاصطناعي، تفتح آفاقاً واسعة لتحقيق استقلال الطاقة. صحيح أننا لم نصل بعد إلى مرحلة يكون فيها سعر وقود الطائرات الحيوي أقل من سعر الكيروسين الأحفوري في محطات الوقود، إلا أن المسار التكنولوجي يشير إلى أن هذه الفجوة تتقلص بسرعة.
لا يزال الانتقال من المختبر إلى الصناعة يمثل التحدي الأكبر. ولكن مع تقليص مدة التطوير بنسبة 90%، ينتقل التصنيع الحيوي من كونه حلماً مستقبلياً إلى قطاع صناعي ملموس، قادر على تلبية متطلبات التحول البيئي دون المساس بقدرة قطاع الطيران على المنافسة.
المقال بعنوان "الوقود الاصطناعي للطيران: الثورة التكنولوجية الحيوية التي تقلل الوقت والتكاليف" مأخوذ من مجلة "سيناري إيكونوميتشي" .