Proces fotosyntezy u roślin ewoluowała przez miliony lat, dzięki czemu z substratów jakimi są woda, CO2 i światło słoneczne powstaje biomasa roślinna. Jednakże proces ten jest wysoko nieefektywny, ponieważ tylko około 1% energii ze światła słonecznego trafia do rośliny.

W jaki sposób można ominąć fotosyntezę biologiczną u roślin?

Dzięki nowoopracowanej technologii, która wykorzystuje dwuetapową elektrokatalizę - to hybrydowy proces organiczno-nieorganiczny. W jej efekcie powstaje octan, którym karmią się rośliny. O szczegółach całego przedsięwzięcia możemy przeczytać w czasopiśmie Nature Food.

Dwuetapowa elektrokataliza umożliwia przekształcanie dwutlenku węgla, energii elektrycznej i wody w octan, który w ciemności jest wykorzystywany na potrzeby rozwoju roślin. Doświadczenia wykazały, że dla alg - sztuczna fotosynteza była cztery razy skuteczniejsza niż naturalna, a w przypadku drożdży wzrost może być nawet 18-krotny. Energia elektryczna dla tego procesu jest generowana przez panele słoneczne.

– Ta metoda umożliwia stworzenie nowego sposobu produkcji żywności. Ograniczenia wynikające z fotosyntezy biologicznej zostały zniesione– podkreśla jeden z autorów publikacji.

Naukowcy uważają, że nowa technologia może przyczynić się do zwiększenia wydajności produkcji żywności, przy jednocześnie mniejszych nakładach energetycznych oraz kosztach tradycyjnej produkcji roślinnej.

Sztuczna fotosynteza możliwa w wielu przypadkach 

Okazuje się, że na przeprowadzenie sztucznej fotosyntezy w ciemności jest dobrze reagują pomidory, groszek, ryż czy tytoń. Dostarczony w im octan jest przekształcany w główne cząsteczki budulcowe, które organizm zużywa w trakcie do wzrostu i rozwoju.

Rolnictwo w obliczu zmieniającego się klimatu

Wyniku eksperymentu naukowców z Kalifornii wydają się szczególnie ważne w kontekście następujących zmian klimatu oraz rosnącej populacji ludzi, a tym samym zapotrzebowania na żywność. Uprawy będą musiały temu sprostować i być bardzo wydajne.

Jak uważa jedna ze współautorek manuskryptu, Martha Orozco-Cárdenas, być może pewnego dnia plony pochodzące z niewielkich, podziemnych ośrodków o zamkniętym obiegu wody będą w stanie spełnić zapotrzebowanie na żywność całej ludzkości.

Potencjalnym celem może być także nawet kolonizacji Marsa!

 

Oprac. Natalia Marciniak-Musiał

Źródło: Elizabeth C. Hann, Sean Overa, Marcus Harland-Dunaway, Andrés F. Narvaez, Dang N. Le, Martha L. Orozco-Cárdenas, Feng Jiao, Robert E. Jinkerson. A hybrid inorganic–biological artificial photosynthesis system for energy-efficient food production. Nature Food, 2022; 3 (6): 461 DOI: 10.1038/s43016-022-00530-x

Fot.  unsplash