식품 생산의 에너지 효율성을 높이기 위해 개발된 인공 광합성

연구원들은 생물학적 광합성의 필요성을 완전히 우회하고 인공 광합성을 사용하여 햇빛과 독립적인 음식을 만드는 방법을 찾았습니다. 이 연구는 저널에 게재되었으며, 자연 식품.

연구원들은 XNUMX단계 전기 촉매 공정을 사용하여 이산화탄소, 전기 및 물을 식초의 주성분 형태인 아세테이트로 전환했습니다. 그런 다음 식량을 생산하는 유기체는 성장을 위해 어둠 속에서 아세테이트를 소비합니다.

태양열 패널과 결합하여 전기를 생성하여 전기 촉매에 전력을 공급하는 이 하이브리드 유기-무기 시스템은 햇빛을 식품으로 변환하는 효율을 최대 18배까지 높일 수 있습니다.

"우리의 접근 방식을 통해 우리는 일반적으로 생물학적 광합성에 의해 부과되는 한계를 돌파할 수 있는 식품을 생산하는 새로운 방법을 식별하려고 했습니다." 말했다 교신 저자인 Robert Jinkerson, UC Riverside 화학 및 환경 공학 조교수.

시스템의 모든 구성 요소를 함께 통합하기 위해 전해조의 출력이 식품 생산 유기체의 성장을 지원하도록 최적화되었습니다. 전해조는 전기를 사용하여 이산화탄소와 같은 원료를 유용한 분자와 제품으로 변환하는 장치입니다. 생성된 아세테이트의 양은 증가한 반면 사용된 염의 양은 감소하여 지금까지 전해조에서 생성된 아세테이트의 최고 수준을 초래했습니다.

"우리 연구실에서 개발된 최첨단 2단계 탠덤 CO2 전기분해 설정을 사용하여 기존의 COXNUMX 전기분해 경로를 통해 접근할 수 없는 아세테이트에 대한 높은 선택성을 달성할 수 있었습니다."라고 해당 저자인 Feng Jiao는 말했습니다. 델라웨어 대학교.

실험에 따르면 녹조류, 효모 및 버섯을 생성하는 곰팡이 균사체를 포함하여 아세테이트가 풍부한 전해조 출력에서 ​​직접 암실에서 다양한 식품 생산 유기체가 자랄 수 있습니다. 이 기술로 조류를 생산하는 것은 광합성을 통해 성장시키는 것보다 약 18배 더 에너지 효율적입니다. 효모 생산은 옥수수에서 추출한 설탕을 사용하여 일반적으로 재배하는 방법보다 약 XNUMX배 더 에너지 효율적입니다.

“우리는 생물학적 광합성의 기여 없이 식량을 생산하는 유기체를 키울 수 있었습니다. 일반적으로 이러한 유기체는 식물에서 추출한 당 또는 수백만 년 전에 발생한 생물학적 광합성의 산물인 석유에서 추출한 투입물에서 재배됩니다. 이 기술은 생물학적 광합성에 의존하는 식품 생산에 비해 태양 에너지를 식품으로 전환하는 보다 효율적인 방법입니다. 공부.

작물을 재배하기 위해 이 기술을 사용할 가능성도 조사되었습니다. 동부, 토마토, 담배, 쌀, 카놀라, 완두콩은 모두 암실에서 재배할 때 아세테이트의 탄소를 활용할 수 있었습니다.

“우리는 광범위한 작물이 우리가 제공한 아세테이트를 유기체가 성장하고 번성하는 데 필요한 주요 분자 빌딩 블록으로 만들 수 있다는 것을 발견했습니다. 우리가 현재 연구하고 있는 일부 육종 및 공학을 통해 작물 수확량을 늘리기 위한 추가 에너지원으로 아세테이트를 사용하여 작물을 재배할 수 있을 것입니다. 연구.

태양에 대한 완전한 의존에서 농업을 해방함으로써 인공 광합성은 인위적인 기후 변화로 인해 점점 더 어려워지는 조건에서 식량을 재배할 수 있는 수많은 가능성의 문을 열어줍니다. 인간과 동물을 위한 작물이 덜 자원 집약적이고 통제된 환경에서 재배된다면 가뭄, 홍수 및 감소된 토지 가용성은 세계 식량 안보에 덜 위협이 될 것입니다. 농작물은 또한 현재 농업에 적합하지 않은 도시와 기타 지역에서 재배될 수 있으며 미래의 우주 탐험가에게 식량을 제공할 수도 있습니다.

"인공 광합성 접근법을 사용하여 식품을 생산하는 것은 패러다임이 될 수 있습니다. shift 우리가 사람들을 먹이는 방법에 대해. 식량 생산의 효율성을 높임으로써 더 적은 토지가 필요하고 농업이 환경에 미치는 영향을 줄입니다. 그리고 우주 공간과 같은 비전통적 환경의 농업의 경우 향상된 에너지 효율성은 더 적은 투입으로 더 많은 승무원에게 식량을 공급하는 데 도움이 될 수 있습니다.”라고 Jinkerson은 말했습니다.

식량 생산에 대한 이러한 접근 방식은 NASA의 Deep Space Food Challenge에 제출되어 XNUMX단계 우승을 차지했습니다. Deep Space Food Challenge는 장기 우주 임무를 위해 최소한의 입력을 필요로 하고 안전하고 영양가 있으며 맛좋은 음식 산출물을 극대화하는 참신하고 판도를 바꾸는 식품 기술을 개발한 팀에게 상을 수여하는 국제 대회입니다.

"언젠가 어둠 속에서 화성에서 토마토 식물을 재배하는 거대한 선박을 상상해보세요. 미래의 화성인에게는 얼마나 더 쉬울까요?" 공동 저자인 UC Riverside Plant Transformation Research Center의 책임자인 Martha Orozco-Cardenas는 말했습니다.