Учени могат да отглеждат храна без слънчева светлина

Фотосинтезата може да се счита за една от суперсилите на природата, но всъщност е изненадващо неефективна, като само около 1% от енергията в слънчевата светлина се усвоява от растението.

Сега обаче учени от UC Riverside и Университета на Делауеър казват, че са открили и метод за пълно заобикаляне на нуждата от биологична фотосинтеза, което им позволява да създават храна без слънчева светлина чрез изкуствена фотосинтеза.

Изследователите, които публикуваха своите открития в Nature Food, използват двуетапен електрокаталитичен процес за превръщане на въглероден диоксид, електричество и вода в ацетат, който е основният компонент в оцета.

След това те прилагат този ацетат върху организми, произвеждащи храна, в тъмно помещение, което провокира растежа на тези организми.

Техният метод може да осигури така необходимата алтернатива за растеж на храните в лицето на катастрофална климатична криза.

Изкуствена фотосинтеза: Култивиране на храна без слънчева светлина

Въпреки че изследователите от UC Riverside подчертават факта, че техният метод не изисква слънчева светлина, те посочват, че той може да работи невероятно ефективно заедно с възобновяема слънчева енергия – те казват, че могат да комбинират метода си със слънчеви панели, за да генерират електричеството, необходимо за захранване на електролизата. Това би увеличило ефективността на преобразуването на слънчевата светлина в храна до 18 пъти в сравнение с някои храни, отглеждани по сегашните начини.

Това означава, че методът може да използва слънчева светлина, въпреки че не разчита на енергията на Слънцето и може също да функционира, ползвайки други форми на производство на електроенергия.

„С нашия подход се опитахме да създадем нов начин за производство на храна, който би могъл да преодолее границите, които обикновено се налагат от биологичната фотосинтеза“, казва в изявлението авторът Робърт Джинкерсън, асистент по химическо и екологично инженерство от UC Riverside.

По време на изследването си учените откриват, че по техния метод на тъмно може да се произвежда голямо разнообразие от храни, включително зелени водорасли, дрожди и гъбичен мицел, който произвежда гъби. Според техните открития, отглеждането на дрожди по този метод е 18 пъти по-енергийно ефективно от начина, по който обикновено се култивира чрез извличане на захар от царевица.

„Успяхме да отгледаме организми, които произвеждат храна, без никакъв принос от биологичната фотосинтеза. Обикновено тези организми се култивират върху захари, получени от растения или суровини, извлечени от нефт – което е продукт на биологична фотосинтеза, осъществена преди милиони години. Технологията е по-ефективен метод за превръщане на слънчевата енергия в храна в сравнение с производството, което разчита на биологична фотосинтеза“, казва Елизабет Хан, докторант в лабораторията Jinkerson и съавтор на изследването.

Изменението на климата и изследването на космоса изискват важни алтернативи за растеж на храните

Изследователите също така оптимизират своя електролизатор, за да произвеждат най-високите нива на ацетат, правени някога в електролизатор. Нещо повече, те откриват, че културните растения, включително папуда, домати, ориз, зелен грах и тютюн, всички имат потенциал да се отглеждат на тъмно, използвайки въглерода от ацетат. Има дори възможност ацетатът да подобри добивите от културите, въпреки че са необходими повече изследвания.

Изследователите вярват, че чрез намаляване на зависимостта от пряка слънчева светлина, изкуствената фотосинтеза може да осигури важна алтернатива за растежа на храната през следващите години, тъй като светът ще трябва да се адаптира към най-лошите последици от изменението на климата – включително суша, наводнения и по-малко земя за обработване. „Използването на изкуствена фотосинтеза може да бъде промяна в парадигмата за това как храним човечеството. Заради повишаването на ефективността на производството на храни ще бъде необходима по-малко земя, което намалява въздействието, което селското стопанство оказва върху околната среда. А за селското стопанство в нетрадиционна среда, подобно на космическото пространство, повишената енергийна ефективност би могла да помогне да се нахранят повече членове на екипажа с по-малко ресурси“, обяснява Джинкерсън.

Всъщност екипът на UC Riverside е победител във Фаза I в предизвикателството на НАСА Deep Space Food Challenge. Както казва съавторът Марта Ороско-Карденас, „представете си някой ден гигантски съдове, в които се отглеждат доматени растения в тъмното и на Марс – колко по-лесно би било това за бъдещите марсианци?“