Развиена е вештачка фотосинтеза за да помогне производството на храна да биде енергетски поефикасно

Истражувачите пронајдоа начин како целосно да ја заобиколат потребата за биолошка фотосинтеза и да создадат храна независна од сончевата светлина со користење на вештачка фотосинтеза. Студијата беше објавена во списанието, Природна храна.

Истражувачите користеле електрокаталитички процес во два чекора за претворање на јаглерод диоксид, електрична енергија и вода во ацетат, формата на главната компонента на оцетот. Организмите што произведуваат храна потоа консумираат ацетат во темница за да растат.

Во комбинација со соларни панели за производство на електрична енергија за напојување на електрокатализата, овој хибриден органско-неоргански систем може да ја зголеми ефикасноста на претворање на сончевата светлина во храна, до 18 пати поефикасна за некои видови храна.

„Со нашиот пристап, се обидовме да идентификуваме нов начин на производство на храна што може да ги пробие границите што вообичаено ги наметнува биолошката фотосинтеза. рече кореспондентен автор Роберт Џинкерсон, асистент професор по хемиско и инженерство за животна средина во UC Riverside.

Со цел да се интегрираат сите компоненти на системот заедно, излезот на електролизаторот беше оптимизиран за да се поддржи растот на организмите што произведуваат храна. Електролизаторите се уреди кои користат електрична енергија за претворање на суровините како јаглерод диоксид во корисни молекули и производи. Количината на произведениот ацетат беше зголемена, додека количината на употребена сол беше намалена, што резултираше со највисоки нивоа на ацетат произведени досега во електролизер.

„Користејќи го најсовремениот тандем за електролиза на CO2 во два чекора развиен во нашата лабораторија, успеавме да постигнеме висока селективност кон ацетатот до кој не може да се пристапи преку конвенционалните патишта за електролиза на CO2“, рече соодветниот автор Фенг Џиао од Универзитетот во Делавер.

Експериментите покажаа дека широк спектар на организми кои произведуваат храна може да се одгледуваат во темница директно на излезот на електролизерот богат со ацетат, вклучувајќи зелени алги, квасец и габичен мицелиум кои произведуваат печурки. Производството на алги со оваа технологија е приближно четири пати поекономично од нивната фотосинтетичка одгледување. Производството на квасец е околу 18 пати повеќе енергетски ефикасно отколку како што обично се одгледува со помош на шеќер извлечен од пченка.

„Можевме да одгледуваме организми кои произведуваат храна без никаков придонес од биолошката фотосинтеза. Вообичаено, овие организми се одгледуваат на шеќери добиени од растенија или инпути добиени од нафта - што е производ на биолошка фотосинтеза што се случила пред милиони години. Оваа технологија е поефикасен метод за претворање на сончевата енергија во храна, во споредба со производството на храна што се потпира на биолошката фотосинтеза“, рече Елизабет Хан, докторанд во лабораторијата Jinkerson и ко-водач на студија.

Беше испитан и потенцијалот за користење на оваа технологија за одгледување на растителни растенија. Грашокот, доматот, тутунот, оризот, канолата и зелениот грашок можеле да го искористат јаглеродот од ацетатот кога се одгледувале во темница.

„Откривме дека широк спектар на култури може да го земат ацетатот што го обезбедивме и да го вградат во главните молекуларни градежни блокови што му се потребни на организмот за да расте и да напредува. Со одредено размножување и инженерство на кои работиме моментално, можеби ќе можеме да одгледуваме култури со ацетат како дополнителен извор на енергија за да ги зголемиме приносите на земјоделските култури“, рече Маркус Харланд-Данавеј, докторски кандидат во лабораторијата Џинкерсон и ко-водач на учењето.

Со ослободување на земјоделството од целосна зависност од сонцето, вештачката фотосинтеза ја отвора вратата за безброј можности за одгледување храна во сè потешките услови наметнати од антропогените климатски промени. Сушата, поплавите и намалената достапност на земјиштето би биле помала закана за глобалната безбедност на храната доколку посевите за луѓето и животните растат во контролирани средини со помалку интензивни ресурси. Посевите би можеле да се одгледуваат и во градови и други области кои моментално се несоодветни за земјоделство, па дури и да обезбедат храна за идните вселенски истражувачи.

„Користењето на пристапи за вештачка фотосинтеза за производство на храна може да биде парадигма shift за тоа како ги храниме луѓето. Со зголемување на ефикасноста на производството на храна, потребна е помалку земја, со што се намалува влијанието на земјоделството врз животната средина. А за земјоделството во нетрадиционални средини, како вселената, зголемената енергетска ефикасност може да помогне да се хранат повеќе членови на екипажот со помалку влезови“, рече Џинкерсон.

Овој пристап кон производството на храна беше доставен до предизвикот за храна во длабоката вселена на НАСА каде што беше победник во фаза I. Deep Space Food Challenge е меѓународен натпревар каде што се доделуваат награди на тимови за да создадат нови технологии на храна кои ја менуваат играта и кои бараат минимален влез и максимизирање на безбедна, хранлива и вкусна храна за долготрајни мисии во вселената.

„Замислете еден ден џиновски бродови да одгледуваат домати во темница и на Марс - колку би било полесно за идните марсовци? рече коавторката Марта Орозко-Карденас, директорка на Центарот за истражување на трансформацијата на растенијата во реката УК.