Żywność można pozyskać bez słońca. Jak pomaga w tym sztuczna fotosynteza?

Fotosynteza umożliwia roślinom pozyskiwanie energii, wykorzystując do tego celu wodę, dwutlenek węgla i energię emitowaną przez Słońce. Okazuje się jednak, że wydajność całego procesu można znacząco zwiększyć.
Żywność można pozyskać bez słońca. Jak pomaga w tym sztuczna fotosynteza?

Naukowcy oszacowali bowiem, że zaledwie 1% energii zawartej w świetle słonecznym trafia do rośliny. W związku z tym przedstawiciele Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside  i Uniwersytetu w Delaware postanowili znaleźć rozwiązanie problemu poprzez produkcję żywności niezależnej od światła słonecznego. Kluczem do sukcesu okazała się rzecz jasna sztuczna fotostynteza.

Sztuczna fotosynteza wydajniejsza od biologicznej?

O szczegółach całego przedsięwzięcia możemy przeczytać w Nature Food. Publikacja opisuje, jak dwuetapowy proces elektrokatalityczny umożliwia przekształcanie dwutlenku węgla, energii elektrycznej i wody w octan, który może być wykorzystywany na potrzeby rozwoju roślin. Łącząc to z panelami słonecznymi, badacze stworzyli hybrydowy system o znacznie podwyższonej wydajności – wzrost był w niektórych przypadkach nawet osiemnastokrotny.

Ważny w realizacji projektu był elektrolizer wykorzystujący energię elektryczną do przekształcania surowców, na przykład dwutlenku węgla, w bardziej użyteczne produkty. W ten sposób udało się zwiększyć ilość produkowanego octanu. Jego stężenie było rekordowo wysokie jak na produkcję z wykorzystaniem elektrolizera. Wśród beneficjentów tego postępu znalazły się między innymi zielone algi, drożdże i grzybnie wytwarzające grzyby. Produkcja alg okazała się około czterokrotnie wydajniejsza energetycznie niż w przypadku zastosowania klasycznej fotosyntezy. W odniesieniu do drożdży wzrost był nawet bardziej zauważalny, bo osiemnastokrotny.

Udało nam się wyhodować organizmy produkujące żywność bez udziału biologicznej fotosyntezy. Zazwyczaj organizmy te uprawia się na cukrach pochodzących z roślin lub na surowcach pochodzących z ropy naftowej, która jest produktem biologicznej fotosyntezy zachodzącej miliony lat temu. Ta technologia jest bardziej wydajną metodą przekształcania energii słonecznej w żywność w porównaniu z produkcją żywności opartą na fotosyntezie biologicznej.

wyjaśnia jedna z autorek badania, Elizabeth Hann

Rolnictwo w obliczu zmieniającego się klimatu

W toku eksperymentów wyszło również na jaw, że opisywana technologia może pomóc w uprawie roślin takich jak pomidory, groszek, ryż czy tytoń. Efekt był podobny jak wcześniej: wiele różnych roślin może wykorzystać dostarczony octan i przekształcić go w główne molekularne bloki budulcowe, których organizm potrzebuje do wzrostu i rozwoju. Mając na uwadze postępujące zmiany klimatu i konieczność zwiększania wydajności upraw, tego typu informacje są szczególnie pocieszające. Być może pewnego dnia plony pochodzące z niewielkich, podziemnych placówek o zamkniętym obiegu wody będą w stanie spełnić zapotrzebowanie żywnościowe całej ludzkości? Nie mówiąc o potencjalnym zastosowaniu takiego podejścia do kolonizacji na przykład Marsa.