La fotosíntesis artificial puede producir alimentos sin luz solar

La fotosíntesis artificial puede producir alimentos sin luz solar

La fotosíntesis artificial puede producir alimentos sin luz solar

Las plantas crecen en completa oscuridad en un medio de acetato que reemplaza la fotosíntesis biológica. Crédito: Marcus Harland-Dunaway / UCR

La fotosíntesis ha evolucionado en las plantas durante millones de años para convertir el agua, el dióxido de carbono y la energía de la luz solar en biomasa vegetal y en los alimentos que comemos. Sin embargo, este proceso es muy ineficiente, ya que solo alrededor del 1% de la energía de la luz solar termina en la planta. Los científicos de la Universidad de California en Riverside y la Universidad de Delaware han encontrado una manera de evitar por completo la necesidad de la fotosíntesis biológica y crear alimentos independientes de la luz solar mediante la fotosíntesis artificial.

Búsqueda publicada en Alimentos naturales, utiliza un proceso electrocatalítico de dos pasos para convertir el dióxido de carbono, la electricidad y el agua en acetato, el componente principal del vinagre. Luego, los organismos productores de alimentos consumen acetato en la oscuridad para crecer. Combinado con paneles solares para generar electricidad para impulsar la estimulación eléctrica, este sistema híbrido orgánico-inorgánico puede aumentar la eficiencia de convertir la luz solar en alimentos, hasta 18 veces más eficiente para algunos alimentos.

“Con nuestro enfoque, buscamos identificar un nuevo método de producción de alimentos que pudiera ir más allá de los límites típicamente impuestos por la fotosíntesis biológica”, dijo el autor correspondiente Robert Jenkinson, profesor asistente de ingeniería química y ambiental en la Universidad de California, Riverside.

Para integrar todos los componentes del sistema, la salida del electrolizador se optimiza para apoyar el crecimiento de organismos productores de alimentos. Los electrolizadores son dispositivos que usan electricidad para convertir materias primas como el dióxido de carbono en moléculas y productos útiles. La cantidad de acetato producido aumentó mientras que la cantidad de sal utilizada disminuyó, lo que resultó en los niveles más altos de acetato jamás producidos en el electrolizador hasta la fecha.

Usando la última tecnología en tándem de dos pasos2 La configuración de electrólisis se desarrolló en nuestro laboratorio y pudimos lograr una alta selectividad hacia el acetato que no es accesible a través del dióxido de carbono convencional.2 Métodos de electrólisis”, dijo el autor correspondiente Feng Jiao de la Universidad de Delaware.

Los experimentos han demostrado que una amplia gama de organismos productores de alimentos se pueden cultivar en la oscuridad directamente en la salida de un electrolizador rico en acetato, incluidas las algas verdes, la levadura y los hongos productores de hongos. La producción de algas con esta técnica es cuatro veces más eficiente energéticamente que la fotosíntesis. La producción de levadura es unas 18 veces más eficiente desde el punto de vista energético que la forma en que normalmente se cultiva utilizando azúcar extraída del maíz.

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Un sistema electroquímico-biológico integrado para la producción de alimentos a partir de dióxido de carbono2. aCO2 La electrólisis utiliza electricidad (generada por células fotovoltaicas) para convertir el dióxido de carbono2 yh2O a O2 acetato; Este proceso está optimizado para producir una salida de líquido óptima para apoyar el crecimiento de organismos productores de alimentos. BY el clamidomonasY el azúcareshongos productores de hongos y una variedad de plantas de cultivo vascular que utilizan efluentes de electrolizadores. C, Los organismos cultivados utilizando efluentes del electrolizador sirven como alimentos o productos alimenticios. Este sistema es capaz de fabricar alimentos independientemente de la fotosíntesis, utilizando dióxido de carbono2h2Ah y solares. se le atribuye: Alimentos naturales (2022). DOI: 10.1038 / s43016-022-00530-x

“Hemos podido cultivar organismos productores de alimentos sin ninguna contribución de la fotosíntesis biológica. Estos organismos generalmente se cultivan con azúcares derivados de plantas o insumos derivados del petróleo, un producto de la fotosíntesis biológica que ocurrió hace millones de años”, dijo Elizabeth Hahn. D., estudiante de doctorado en el laboratorio de Jenkinson y coautor principal del estudio, dijo que la tecnología es una forma más eficiente de convertir la energía solar en alimentos, en comparación con la producción de alimentos que se basa en la fotosíntesis biológica”.

También se ha investigado la posibilidad de utilizar esta tecnología para cultivar plantas de cultivo. El caupí, los tomates, el tabaco, el arroz, la canola y los guisantes verdes pudieron beneficiarse del carbono del acetato cuando se cultivaron en la oscuridad.

“Descubrimos que una amplia variedad de cultivos puede tomar el acetato que introdujimos y convertirlo en los bloques de construcción moleculares clave que un organismo necesita para crecer y prosperar. Con algo de mejoramiento e ingeniería en los que estamos trabajando actualmente, es posible que podamos crecer cultivos con acetato como una fuente adicional de energía para mejorar el rendimiento de los cultivos”, dijo Marcus Harland Dunaway, candidato a doctorado en el laboratorio de Jenkinson y coautor principal del estudio.

Al liberar a la agricultura de su total dependencia del sol, la fotosíntesis artificial abre la puerta a un sinfín de posibilidades para cultivar alimentos en las condiciones cada vez más desafiantes impuestas por el cambio climático antropogénico. Las sequías, las inundaciones y la disponibilidad reducida de tierras serían una amenaza menor para la seguridad alimentaria mundial si los cultivos humanos y animales se cultivaran en entornos controlados y con un uso menos intensivo de recursos. Los cultivos también se pueden cultivar en ciudades y otras áreas que actualmente no son aptas para la agricultura, e incluso proporcionar alimentos para futuros exploradores espaciales.

“El uso de un enfoque de fotosíntesis artificial para la producción de alimentos podría ser un cambio de paradigma en la forma en que alimentamos a las personas. Al aumentar la eficiencia de la producción de alimentos, se necesita menos tierra y se reduce el impacto de la agricultura en el medio ambiente. Para la agricultura en entornos no tradicionales, como el espacio exterior, la agricultura puede aumentar la eficiencia energética podría ayudar a alimentar a más miembros de la tripulación con menos insumos”.

Este enfoque de la producción de alimentos se presentó al Deep Space Food Challenge de la NASA, donde fue el ganador de la primera etapa. Deep Space Food Challenge es una competencia internacional en la que se otorgan premios a los equipos por inventar nuevas tecnologías alimentarias revolucionarias que requieren insumos mínimos y maximizan la producción de alimentos seguros, nutritivos y aceptables para misiones espaciales de larga duración.

“Imagínese un día naves gigantes cultivando plantas de tomate en la oscuridad y en Marte, ¿qué tan fácil sería eso en Marte en el futuro?” La coautora Martha Orozco Cárdenas, directora del Centro de Investigación de Transformación de Plantas de la Universidad de California, Riverside, dijo.


El futuro de los biocombustibles en la oscuridad


más información:
Elizabeth C. Han et al., Sistema híbrido de fotosíntesis artificial bioinorgánica para la producción de alimentos con eficiencia energética, Alimentos naturales (2022). DOI: 10.1038 / s43016-022-00530-x

Ofrecido por la Universidad de California – Riverside

La frase: La fotosíntesis artificial puede producir alimentos sin luz solar (23 de junio de 2022) Obtenido el 24 de junio de 2022 de https://phys.org/news/2022-06-artustry-photolysis-food-sunshine.html

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