فتوسنتز مصنوعی برای کمک به تولید مواد غذایی کارآمدتر از نظر انرژی ایجاد شده است

محققان راهی برای دور زدن نیاز به فتوسنتز بیولوژیکی و ایجاد غذای مستقل از نور خورشید با استفاده از فتوسنتز مصنوعی یافته اند. این مطالعه در مجله منتشر شد، غذای طبیعت.

محققان از یک فرآیند الکتروکاتالیستی دو مرحله ای برای تبدیل دی اکسید کربن، الکتریسیته و آب به استات، که جزء اصلی سرکه است، استفاده کردند. سپس ارگانیسم های تولید کننده غذا برای رشد استات را در تاریکی مصرف می کنند.

این سیستم ترکیبی آلی- معدنی ترکیبی با پنل های خورشیدی برای تولید الکتریسیته برای تامین انرژی الکتروکاتالیزور می تواند بازده تبدیل نور خورشید به غذا را افزایش دهد که برای برخی غذاها تا 18 برابر کارآمدتر است.

با رویکرد خود، ما به دنبال شناسایی روش جدیدی برای تولید مواد غذایی بودیم که می‌تواند از محدودیت‌های معمول فتوسنتز بیولوژیکی عبور کند. گفت: نویسنده مقاله رابرت جینکرسون، استادیار مهندسی شیمی و محیط زیست UC Riverside.

به منظور ادغام تمام اجزای سیستم با هم، خروجی الکترولیزور برای حمایت از رشد ارگانیسم های تولید کننده غذا بهینه شد. الکترولیزها دستگاه هایی هستند که از الکتریسیته برای تبدیل مواد خام مانند دی اکسید کربن به مولکول ها و محصولات مفید استفاده می کنند. مقدار استات تولید شده افزایش یافته در حالی که میزان نمک مصرفی کاهش یافته است و در نتیجه بالاترین سطح استات تولید شده در یک الکترولیز تا به امروز بوده است.

فنگ جیائو، نویسنده مربوطه، گفت: «با استفاده از پیشرفته‌ترین راه‌اندازی الکترولیز CO2 دو مرحله‌ای که در آزمایشگاه ما توسعه داده شد، ما توانستیم به گزینش پذیری بالایی نسبت به استات دست پیدا کنیم که از طریق مسیرهای معمولی الکترولیز CO2 قابل دسترسی نیست.» دانشگاه دلاور

آزمایش‌ها نشان داد که طیف وسیعی از ارگانیسم‌های تولیدکننده غذا را می‌توان در تاریکی مستقیماً بر روی خروجی الکترولیز غنی از استات، از جمله جلبک‌های سبز، مخمرها و میسلیوم‌های قارچی که قارچ تولید می‌کنند، رشد داد. تولید جلبک با این فناوری تقریباً چهار برابر بیشتر از رشد آن به روش فتوسنتزی انرژی کارآمدتر است. تولید مخمر در مقایسه با روشی که معمولاً با استفاده از شکر استخراج شده از ذرت کشت می شود، از نظر انرژی کارآمدتر است.

ما توانستیم ارگانیسم های تولید کننده غذا را بدون هیچ کمکی از فتوسنتز بیولوژیکی رشد دهیم. به طور معمول، این موجودات بر روی قندهای به دست آمده از گیاهان یا نهاده های مشتق شده از نفت - که محصول فتوسنتز بیولوژیکی است که میلیون ها سال پیش انجام شده است - کشت می شوند. الیزابت هان، کاندیدای دکترا در آزمایشگاه جینکرسون و یکی از نویسندگان این مقاله می‌گوید: «این فناوری در مقایسه با تولید مواد غذایی که به فتوسنتز بیولوژیکی متکی است، روش کارآمدتری برای تبدیل انرژی خورشیدی به غذا است. مطالعه.

پتانسیل استفاده از این فناوری برای رشد گیاهان زراعی نیز مورد بررسی قرار گرفت. لوبیا چشم بلبلی، گوجه فرنگی، تنباکو، برنج، کلزا و نخود سبز همگی قادر به استفاده از کربن استات در هنگام کشت در تاریکی بودند.

ما متوجه شدیم که طیف گسترده‌ای از محصولات می‌توانند استاتی را که ما تهیه کرده‌ایم مصرف کنند و آن را در بلوک‌های ساختمانی مولکولی اصلی یک ارگانیسم برای رشد و شکوفایی بسازند. مارکوس هارلند داناوی، کاندیدای دکترا در آزمایشگاه جینکرسون و یکی از نویسندگان مقاله می گوید: با اصلاح و مهندسی که در حال حاضر روی آن کار می کنیم، ممکن است بتوانیم محصولاتی را با استات به عنوان منبع انرژی اضافی برای افزایش عملکرد محصول پرورش دهیم. مطالعه.

با رهایی کشاورزی از وابستگی کامل به خورشید، فتوسنتز مصنوعی در را به روی امکانات بی‌شماری برای رشد مواد غذایی تحت شرایط سخت‌تر تحمیل‌شده توسط تغییرات آب و هوایی انسانی باز می‌کند. خشکسالی، سیل، و کاهش دسترسی به زمین، تهدید کمتری برای امنیت غذایی جهانی خواهند بود، اگر محصولات برای انسان و حیوانات در محیط‌هایی با منابع کمتر و کنترل‌شده رشد کنند. همچنین می‌توان محصولات کشاورزی را در شهرها و سایر مناطقی که در حال حاضر برای کشاورزی نامناسب است، کشت کرد و حتی برای کاشفان فضایی آینده غذا فراهم کرد.

استفاده از روش های فتوسنتز مصنوعی برای تولید غذا می تواند یک الگو باشد shift برای اینکه چگونه به مردم غذا می دهیم با افزایش راندمان تولید مواد غذایی، به زمین کمتری نیاز است و از تاثیرات کشاورزی بر محیط زیست کاسته می شود. و برای کشاورزی در محیط‌های غیر سنتی، مانند فضای بیرونی، افزایش بهره‌وری انرژی می‌تواند به تغذیه خدمه بیشتر با ورودی‌های کمتر کمک کند.»

این رویکرد برای تولید غذا به چالش غذای فضای عمیق ناسا ارائه شد که در آن مرحله اول برنده شد. چالش غذای عمیق فضایی یک مسابقه بین‌المللی است که در آن جوایزی به تیم‌هایی اعطا می‌شود تا فناوری‌های غذایی جدید و تغییردهنده‌ای را ایجاد کنند که به حداقل ورودی نیاز دارند و خروجی‌های غذایی ایمن، مغذی و خوش‌خوراک را برای ماموریت‌های فضایی طولانی مدت به حداکثر برسانند.

تصور کنید روزی کشتی‌های غول‌پیکر در حال رشد گیاهان گوجه‌فرنگی در تاریکی و در مریخ هستند – چقدر این کار برای مریخی‌های آینده آسان‌تر خواهد بود؟ مارتا اوروزکو-کاردناس، یکی از نویسندگان این مرکز، مدیر مرکز تحقیقات دگرگونی گیاهان ریورساید UC، گفت.