La fotosintesi artificiale può produrre cibo senza luce solare

Le piante crescono nella completa oscurità in un ambiente acetato che sostituisce la fotosintesi biologica. Prestito: Marcus Harland-Dunaway / UCR

La fotosintesi si è evoluta nelle piante per milioni di anni, convertendo acqua, anidride carbonica ed energia dalla luce in biomassa vegetale, il cibo che mangiamo. Questo processo, tuttavia, è molto inefficiente, poiché solo l’1% circa dell’energia rilevata dalla luce solare finisce nell’impianto. Gli scienziati della UC Riverside dell’Università del Delaware hanno trovato un modo per bypassare completamente la necessità della fotosintesi biologica creando cibo artificiale indipendente dalla luce utilizzando la fotosintesi artificiale.

Lo studio è stato pubblicato Cibo naturale, utilizza un processo elettrocatalitico a due stadi per convertire anidride carbonica, elettricità e acqua in acetato, il principale costituente dell’aceto. Gli organismi produttori di cibo utilizzano quindi l’acetato al buio per crescere. Combinato con pannelli solari per generare elettricità per alimentare l’elettrocatalisi, questo sistema ibrido organico-inorganico può aumentare l’efficienza di conversione della luce solare in cibo, che è fino a 18 volte più efficiente per alcuni alimenti.

“Con il nostro approccio, abbiamo cercato di scoprire un nuovo modo di produrre cibo che potesse andare oltre ciò che è normalmente richiesto dalla fotosintesi biologica”, ha affermato Robert Jinkerson, assistente professore di ingegneria chimica e ambientale della UC Riverside.

Per integrare tutti i componenti del sistema insieme, l’uscita dell’elettrolizzatore è stata ottimizzata per supportare la crescita degli organismi di produzione alimentare. Gli elettrolizzatori sono dispositivi che utilizzano materie prime elettriche, come l’anidride carbonica, per convertire molecole utili in prodotti. La quantità di acetato prodotta è aumentata, mentre la quantità di sale utilizzata è diminuita, il che ha portato al livello più alto di acetato mai prodotto nell’elettrolizzatore.

“Utilizzando una CO all’avanguardia in due fasi in tandem2: La regolazione dell’elettrolisi, sviluppata nel nostro laboratorio, ci ha permesso di ottenere un’elevata selettività all’acetato, a cui non può accedere il CO ordinario.2: Modi di elettrolisi “, afferma Feng Jiao, autore dell’Università del Delaware.

Gli esperimenti hanno dimostrato che un’ampia gamma di organismi per la produzione alimentare può essere coltivata al buio direttamente sull’uscita di un elettrolizzatore ricco di acetato, tra cui alghe verdi, lievito e micelio fungino, che producono funghi. La produzione di alghe con questa tecnologia è circa quattro volte più efficiente dal punto di vista energetico rispetto alla coltivazione fotosintetica. La produzione di lievito è circa 18 volte più efficiente dal punto di vista energetico rispetto allo zucchero lavorato convenzionalmente dal mais.

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Sistema combinato elettrochimico-biologico per la produzione di alimenti da CO2:. unCO:2: L’elettrolisi utilizza l’elettricità (prodotta dal fotovoltaico) per convertire la CO2: և H:2:O in O:2: Acetato. Questo processo è ottimizzato per produrre un’uscita di dispersione ideale per supportare la crescita degli organismi per la produzione alimentare. b:, Clamidomona, Saccharomices:Funghi produttori di funghi մի Un certo numero di colture vascolari sono state coltivate utilizzando effluenti di elettrolizzatori. c:Gli organismi coltivati ​​per mezzo di acque reflue elettrolizzate fungono da cibo o mangime. Questo sistema è in grado di rendere il cibo indipendente dalla fotosintesi utilizzando CO2:H:2:O և energia solare. Prestito: Cibo naturale (2022). DOI: 10.1038 / s43016-022-00530-x:

“Siamo stati in grado di coltivare organismi per la produzione alimentare senza alcuna fotosintesi biologica. Questi organismi vengono solitamente coltivati ​​​​su zucchero di piante o olio, che è il risultato della fotosintesi biologica avvenuta milioni di anni fa. “La tecnologia è un modo più efficiente per trasformare l’energia solare in cibo rispetto alla produzione alimentare, che si basa sulla fotosintesi biologica”, ha affermato Elizabeth Hahn, dottoranda presso il Jinkerson Laboratory, coautrice dello studio.

È stata anche esplorata la possibilità di utilizzare questa tecnologia per le colture in crescita. Piselli, pomodori, tabacco, riso, colza e piselli sono stati in grado di utilizzare il carbonio dell’acetato se lavorati al buio.

“Abbiamo scoperto che un’ampia varietà di colture può prendere l’acetato che forniamo, inserirlo nei mattoni molecolari di base necessari per la crescita e lo sviluppo del corpo. Con parte dell’ingegneria di allevamento su cui stiamo attualmente lavorando, possiamo coltivare raccolti. “L’acetato come ulteriore fonte di energia per aumentare i raccolti”, ha affermato Marcus Harland-Danaway, coautore dello studio del Jinkerson Laboratory PhD.

Liberando l’agricoltura dalla completa dipendenza dall’arte, la fotosintesi artificiale apre le porte a innumerevoli opportunità per coltivare cibo nelle condizioni sempre più complesse imposte dal cambiamento climatico antropogenico. La siccità, le inondazioni e il calo dell’accesso alla terra rappresenteranno una minaccia minore per la sicurezza alimentare globale se le rese umane e animali saranno aumentate in ambienti meno controllati dalle risorse. I raccolti possono essere coltivati ​​anche nelle città, in altre aree attualmente inadatte all’agricoltura e persino fornire cibo ai futuri astronauti.

“L’uso di approcci di fotosintesi artificiale per produrre cibo può essere un cambio di paradigma nella nutrizione umana. Aumentare l’efficienza della produzione alimentare richiede meno terra, riducendo l’impatto dell’agricoltura sull’ambiente. “Negli ambienti agricoli non tradizionali, come lo spazio, l’aumento dell’efficienza energetica può aiutare a sfamare più personale con meno risorse”, ha affermato Jinkerson.

Questo approccio alla produzione alimentare è stato introdotto alla Deep Space Food Challenge della NASA, dove è stato dichiarato vincitore della Fase I. La Deep Space Food Challenge è una competizione internazionale che assegna premi ai team per lo sviluppo di nuove tecnologie alimentari rivoluzionarie che richiedono investimenti minimi per massimizzare il cibo sicuro, nutriente e delizioso per le missioni spaziali a lungo termine.

“Immagina che un giorno vasi giganti coltivino piante di pomodoro su Marte. Quanto sarebbe più facile per i futuri marziani?” ha affermato la coautrice Martha Orozco-Cardenas, direttrice del Centro di ricerca sulla trasformazione delle piante di Riverside della UC.


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Informazioni aggiuntive.
Elizabeth C. Hann et al., Sistema di fotosintesi artificiale inorganico-biologico ibrido per la produzione alimentare efficiente dal punto di vista energetico, Cibo naturale (2022). DOI: 10.1038 / s43016-022-00530-x:

Fornito dall’Università della California – Riverside

Citazione:La fotosintesi artificiale può produrre cibo senza luce solare (23 giugno 2022), Estratto il 24 giugno 2022: https://phys.org/news/2022-06-artificial-photosintesi-food-sunshine.html

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