食糧生産のエネルギー効率を高めるために開発された人工光合成

研究者たちは、人工光合成を使用することで、生物学的光合成の必要性を完全に回避し、太陽光とは無関係に食物を作り出す方法を発見しました。 この研究はジャーナルに掲載され、 自然食品。

研究者は、XNUMX 段階の電極触媒プロセスを使用して、二酸化炭素、電気、および水を酢の主成分である酢酸塩に変換しました。 食料生産生物は、暗闇の中で酢酸を消費して成長します。

ソーラー パネルと組み合わせて、電極触媒作用に電力を供給するための電力を生成するこのハイブリッド有機無機システムは、太陽光から食品への変換効率を高めることができ、一部の食品では最大 18 倍効率的です。

「私たちのアプローチでは、生物学的光合成によって通常課される制限を打ち破ることができる食物を生産する新しい方法を特定しようとしました。」 と 責任著者の Robert Jinkerson は、カリフォルニア大学リバーサイド校の化学および環境工学の助教授です。

システムのすべてのコンポーネントを統合するために、電解槽の出力は、食品生産生物の成長をサポートするように最適化されました。 電解槽は、電気を使用して二酸化炭素などの原材料を有用な分子や製品に変換する装置です。 生成される酢酸塩の量が増加し、使用される塩の量が減少した結果、これまでの電解槽で生成された酢酸塩の最高レベルが得られました。

「私たちの研究室で開発された最先端の 2 ステップ タンデム CO2 電気分解セットアップを使用して、従来の COXNUMX 電気分解ルートではアクセスできないアセテートに対する高い選択性を達成することができました。デラウェア大学。

実験では、キノコを生産する緑藻類、酵母菌、真菌菌糸体など、酢酸塩が豊富な電気分解装置の出力で、さまざまな食品生産生物を暗所で直接成長させることができることが示されました。 この技術で藻類を生産すると、光合成で成長させるよりもエネルギー効率が約 18 倍高くなります。 酵母の生産は、トウモロコシから抽出された砂糖を使用して一般的に培養される方法よりも、エネルギー効率が約 XNUMX 倍優れています。

「私たちは、生物学的光合成からの寄与なしに、食物を生産する生物を育てることができました。 通常、これらの生物は、植物由来の糖または石油由来の投入物で栽培されています。これは、何百万年も前に行われた生物学的光合成の産物です。 この技術は、生物学的光合成に依存する食料生産と比較して、太陽エネルギーを食料に変えるより効率的な方法です」と、ジンカーソン研究所の博士候補であり、 研究.

この技術を利用して作物を育てる可能性も調査されました。 ササゲ、トマト、タバコ、イネ、キャノーラ、グリーン ピースはすべて、暗所で栽培した場合、酢酸塩から炭素を利用することができました。

「幅広い作物が、私たちが提供したアセテートを取り込んで、生物が成長し繁栄するために必要な主要な分子ビルディングブロックを構築できることを発見しました. ジンカーソン研究所の博士候補であり、論文の共同筆頭著者であるマーカス・ハーランド・ダナウェイは、次のように述べています。研究。

農業を太陽への完全な依存から解放することにより、人工光合成は、人為的気候変動によって課せられるますます困難な状況下で食料を育てる無数の可能性への扉を開きます。 干ばつ、洪水、および利用可能な土地の減少は、人間と動物のための作物が資源集約的で管理された環境で栽培されていなければ、世界の食料安全保障に対する脅威ではなくなります。 作物は、現在農業に適していない都市やその他の地域でも栽培でき、将来の宇宙探検家に食料を提供することさえできます。

「食物を生産するために人工光合成アプローチを使用することは、パラダイムになる可能性があります。 shift 私たちが人々にどのように食事を与えるかについて。 食料生産の効率を高めることで、必要な土地が少なくなり、農業が環境に与える影響が軽減されます。 また、宇宙空間などの非伝統的な環境での農業では、エネルギー効率の向上により、より少ないインプットでより多くの乗組員を養うことができます」とジンカーソン氏は述べています。

食料生産へのこのアプローチは、NASA のディープ スペース フード チャレンジに提出され、フェーズ I の勝者となりました。 ディープ スペース フード チャレンジは、長期の宇宙ミッションのために最小限のインプットで安全で栄養価が高く、おいしい食品生産量を最大化する斬新で画期的な食品技術を開発したチームに賞が授与される国際コンペティションです。

「いつの日か巨大船が火星の暗闇でトマトを栽培することを想像してみてください。それは将来の火星人にとってどれほど簡単なことでしょうか?」 カリフォルニア大学リバーサイド植物形質転換研究センター所長のマーサ・オロスコ・カルデナス氏は、次のように述べています。