Experiment, ktorý získal ocenenie NASA, by mohol byť budúcnosťou umelej fotosyntézy

(Sarayut Thaneerat/Getty Images)

Proces premeny vody, oxidu uhličitého a slnečného žiarenia na kyslík a energiu pomáha rastlinám rásť prirodzene – a je to proces, ktorý vedci hľadajú.využiť a prispôsobiť sana výrobu potravín, paliva a ďalších.

V novej štúdii vedci načrtávajú experimentálnu techniku ​​umelej fotosyntézy, ktorá využíva dvojkrokový elektrokatalytický proces na premenu oxidu uhličitého, vody a elektriny generovanej solárnymi panelmi na acetát (hlavná zložka octu). Tento acetát potom môžu rastliny využiť na rast.

V skutočnosti systém, ktorý tu výskumníci navrhli, nie je určený len na napodobňovanie fotosyntézy, ktorá sa deje v prírode, ale aj na jej zlepšenie – v rastlinách sa len asi 1 percento energie slnečného svetla skutočne premení na rastlinnú biomasu, zatiaľ čo tu možno účinnosť znásobiť asi štvornásobne.



Náčrt techniky výskumníkov. (Hann a kol., Nature Food 2022)

„Naším prístupom sme sa snažili identifikovať nový spôsob výroby potravín, ktorý by mohol prelomiť limity, ktoré bežne ukladá biologická fotosyntéza,“ hovorí chemický a environmentálny inžinier Robert Jinkerson z Kalifornskej univerzity v Riverside.

Zariadenie na konverziu elektriny alebo elektrolyzér vyvinutý výskumníkmi musel byť špeciálne optimalizovaný, aby pôsobil ako stimul pre rast organizmov produkujúcich potraviny, čo čiastočne znamenalo zvýšenie množstva acetátu a zníženie množstva produkovanej soli.

Ďalšie experimenty tímu ukázali, že výstup elektrolyzéra bohatý na acetát môže podporovať rôzne organizmy vrátane zelených rias, kvasiniek a mycélia, ktoré produkuje huby. Pre porovnanie, produkcia rias je pri použití tejto metódy asi štyrikrát energeticky efektívnejšia v porovnaní s prirodzenou fotosyntézou.

Vina, paradajka, tabak, ryža, repka a zelený hrášok boli všetky schopné využiť uhlík v acetáte a rásť bez slnečného žiarenia, ukázali vedci. Tento proces by sa dal použiť okrem normálnej fotosyntézy aj namiesto nej.

Rastliny rastúce v úplnej tme v acetátovom médiu. (Marcus Harland-Dunaway/UCR)

'Zistili sme, že široká škála plodín môže prijať acetát, ktorý sme poskytli, a zabudovať ho do hlavných molekulárnych stavebných blokov, ktoré organizmus potrebuje na rast a prosperovanie,' hovorí Marcus Harland-Dunaway , botanikový a rastlinný vedec z UC Riverside.

'S určitým šľachtením a inžinierstvom, na ktorom v súčasnosti pracujeme, by sme mohli byť schopní pestovať plodiny s acetátom ako dodatočným zdrojom energie na zvýšenie výnosov plodín.'

Tu načrtnutý proces je taký pôsobivý, že je jedným z víťazov súťaže NASA Deep Space Food Challenge, ukážky nových technológií, ktoré by jedného dňa mohli pomôcť pri pestovaní potravín vo vesmíre: predstavte si, že by ste mohli pestovať plodiny v podzemných bunkroch na Mars , napríklad.

Nie je to len vo vesmíre, kde by umelá fotosyntéza mohla znamenať drastickú zmenu vo výrobe potravín. Theklimatická krízaznamená, že extrémne teploty, suchá, záplavy a iné hrozby pre štandardné poľnohospodárske postupy sú čoraz bežnejšie.

Zatiaľ čo procesy, ako je tento, nie sú výhovorkou, aby ste to neriešili zmena podnebia , mohli by prispieť k tomu, aby bola výroba potravín odolnejšia a plodiny by sa mohli pestovať na viacerých miestach – možno vo viacerých mestských oblastiach.

„Používanie prístupov umelej fotosyntézy na výrobu potravín by mohlo znamenať zmenu paradigmy toho, ako kŕmime ľudí,“ hovorí Jinkerson . „Zvýšením efektívnosti výroby potravín je potrebných menej pôdy, čím sa zníži vplyv poľnohospodárstva na životné prostredie.“

'A pre poľnohospodárstvo v netradičných prostrediach, ako je vesmír, zvýšená energetická účinnosť by mohla pomôcť nasýtiť viac členov posádky s menšími vstupmi.'

Výskum bol publikovaný v r Prírodné jedlo .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.