Oamenii de știință au găsit o modalitate de a ocoli nevoia de fotosinteză biologică și de a crea alimente independente de lumina soarelui, folosind fotosinteza artificială. Tehnologia folosește un proces electrocatalitic în două etape pentru a transforma dioxidul de carbon, electricitatea și apa în acetat.
Organismele producătoare de alimente consumă apoi acetat în întuneric pentru a crește. Sistemul hibrid organic-anorganic ar putea crește eficiența conversiei luminii solare în alimente, de până la 18 ori mai eficient pentru unele alimente, potrivit ScienceDaily.
Fotosinteza a evoluat în plante de milioane de ani pentru a transforma apa, dioxidul de carbon și energia din lumina soarelui în biomasă vegetală și alimente, pe care le consumăm. Acest proces, însă, este foarte ineficient, doar aproximativ 1% din energia din lumina soarelui ajungând în plantă. Oamenii de știință de la UC Riverside și de la Universitatea din Delaware au găsit o modalitate de a ocoli nevoia de fotosinteză biologică și de a crea alimente independente de lumina soarelui, folosind fotosinteza artificială.
„Prin abordarea noastră am căutat să identificăm o nouă modalitate de producere a alimentelor care ar putea depăși limitele impuse în mod normal de fotosinteza biologică”, a spus autorul corespondent Robert Jinkerson, profesor asistent de inginerie chimică și de mediu la UC Riverside.
Pentru a integra toate componentele sistemului împreună, ieșirea electrolizatorului a fost optimizată pentru a sprijini creșterea organismelor producătoare de alimente. Electrolizoarele sunt dispozitive care folosesc electricitatea pentru a transforma materiile prime precum dioxidul de carbon în molecule și produse utile. Cantitatea de acetat produsă a fost crescută, în timp ce cantitatea de sare utilizată a fost scăzută, rezultând cele mai ridicate niveluri de acetat produse vreodată într-un electrolizor până în prezent.
„Folosind o configurație de ultimă generație de electroliză a CO2 în tandem, dezvoltată în laboratorul nostru, am reușit să obținem o selectivitate ridicată față de acetat, care nu poate fi accesat prin căile convenționale de electroliză a CO2”, a spus autorul corespondent Feng Jiao de la Universitatea din Delaware.
Experimentele au arătat că o gamă largă de organisme producătoare de alimente pot fi cultivate în întuneric direct pe producția de electrolizor bogat în acetat, inclusiv algele verzi, drojdia și miceliul fungic care produc ciuperci. Producerea de alge cu această tehnologie este de aproximativ patru ori mai eficientă din punct de vedere energetic decât creșterea lor fotosintetică. Producția de drojdie este de aproximativ 18 ori mai eficientă din punct de vedere energetic decât modul în care este cultivată de obicei folosind zahăr extras din porumb.
„Am putut să creștem organisme producătoare de alimente fără nicio contribuție din fotosinteza biologică. De obicei, aceste organisme sunt cultivate pe zaharuri derivate din plante sau inputuri derivate din petrol – care este un produs al fotosintezei biologice care a avut loc acum milioane de ani. Această tehnologie este o metodă mai eficientă de transformare a energiei solare în alimente, în comparație cu producția de alimente care se bazează pe fotosinteza biologică”, a spus Elizabeth Hann, doctorand la Jinkerson Lab și co-autor principal al studiului.
De asemenea, a fost investigat potențialul utilizării acestei tehnologii pentru a crește plantele de cultură. Cowpea, roșiile, tutunul, orezul, canola și mazărea verde au fost toate capabile să utilizeze carbonul din acetat atunci când sunt cultivate în întuneric.
„Am descoperit că o gamă largă de culturi ar putea să preia acetatul pe care l-am furnizat și să-l integreze în blocurile moleculare majore de care un organism are nevoie pentru a crește și a se dezvolta. cu acetat ca sursă suplimentară de energie pentru a crește randamentul culturilor”, a declarat Marcus Harland-Dunaway, doctorand în cadrul Jinkerson Lab și co-autor principal al studiului.
Eliberând agricultura de dependența completă de soare, fotosinteza artificială deschide ușa către nenumărate posibilități de cultivare a alimentelor în condițiile din ce în ce mai dificile impuse de schimbările climatice antropice. Seceta, inundațiile și disponibilitatea redusă a terenurilor ar fi o amenințare mai mică pentru securitatea alimentară globală dacă culturile pentru oameni și animale ar crește în medii mai puțin intensive, controlate. Culturile ar putea fi cultivate și în orașe și în alte zone nepotrivite în prezent agriculturii și chiar să ofere hrană viitorilor exploratori spațiali.
Această abordare a producției de alimente a fost trimisă la Deep Space Food Challenge a NASA, unde a câștigat Faza I. Deep Space Food Challenge este o competiție internațională în care se acordă premii echipelor pentru a crea tehnologii alimentare noi și care schimbă jocul, care necesită intrări minime și maximizează producția de alimente sigure, hrănitoare și gustoase pentru misiuni spațiale de lungă durată.
„Imaginați-vă într-o zi vase uriașe care cresc plante de roșii în întuneric și pe Marte – cât de ușor ar fi asta pentru viitorii marțieni?”, a spus co-autorul Martha Orozco-Cárdenas, director al Centrului de Cercetare pentru Transformarea Plantelor UC Riverside.
Citește și: Ministerul agriculturii demarează activități de stimulare a precipitațiilor în zonele cu risc de secetă
