Artificial Photosynthesis Can Produce Food in Complete Darkness

rastline, ki rastejo v popolni temi

Rastline rastejo v popolni temi v acetatnem mediju, kjer poteka biološka fotosinteza. zasluge: Marcus Harland-Dunaway/UCR

Raziskovalci razvijajo umetno fotosintezo, da bi pomagali narediti proizvodnjo hrane energetsko učinkovitejšo na Zemlji in morda nekega dne planet Mars,

V milijonih let se je fotosinteza v rastlinah razvila za pretvorbo vode, ogljikovega dioksida in energije iz sončne svetlobe v rastlinsko biomaso in hrano, ki jo jemo. Vendar je ta proces zelo neučinkovit, saj le 1 % energije, ki jo najdemo v sončni svetlobi, konča v rastlini. Raziskovalci na Univerzi v Kaliforniji, Riverside in Univerzi v Delawareu so odkrili način, kako popolnoma zaobiti potrebo po organski fotosintezi in z umetno fotosintezo ustvariti hrano, neodvisno od sončne svetlobe.

Nova raziskava, objavljena 23. junija 2022 v reviji hrana v naravi, kot glavna sestavina kisa, uporablja dvostopenjski elektrokatalitični postopek za pretvorbo ogljikovega dioksida, električne energije in vode v acetat. Organizmi, ki proizvajajo hrano, nato porabijo acetat v temi za rast. V kombinaciji s sončnimi paneli za proizvodnjo električne energije za pogon elektrokatalize lahko ta hibridni organsko-anorganski sistem poveča učinkovitost pretvorbe sončne svetlobe na 18-krat učinkovitejšo za določena živila.

Dopisni avtor Robert Jinkerson, docent za kemijsko in okoljsko inženirstvo UC Riverside, je dejal: “Z našim pristopom smo skušali identificirati novo metodo proizvodnje hrane, ki bi lahko presegla meje, ki jih običajno postavlja biološka fotosinteza.”

Da bi združili vse komponente sistema skupaj, je bila proizvodnja elektrolizerja optimizirana za podporo rasti organizmov, ki proizvajajo hrano. Elektrolizerji so naprave, ki uporabljajo električno energijo za pretvarjanje surovin, kot je ogljikov dioksid, v uporabne molekule in izdelke. Količina proizvedenega acetata se je povečala, medtem ko se je količina uporabljene soli zmanjšala, kar je povzročilo najvišjo raven acetata, ki je bila kadar koli proizvedena v elektrolizerju.

“Uporaba najsodobnejšega dvostopenjskega tandemskega CO.2 V nastavitvi elektrolize, ki smo jo razvili v našem laboratoriju, smo lahko dosegli visoko selektivnost proti acetatu, do katerega ni mogoče dostopati prek običajnega CO.2 pot elektrolize,« je povedal ustrezni avtor Fang Xiao z Univerze v Delawareu.

Poskusi so pokazali, da je mogoče neposredno na izhodu elektrolizerja, bogatega z acetatom, gojiti široko paleto organizmov, ki proizvajajo hrano, vključno z glivičnim micelijem, ki proizvaja zelene alge, kvasovke in gobe. Proizvodnja alg s to tehnologijo je približno štirikrat bolj energetsko učinkovita kot fotosintetično gojenje. Proizvodnja kvasa je običajno približno 18-krat bolj energetsko učinkovita kot njegova pridelava z uporabo sladkorja, ekstrahiranega iz koruze.

“Bili smo sposobni gojiti organizme, ki proizvajajo hrano, brez kakršnega koli prispevka biološke fotosinteze. Običajno se ti organizmi gojijo na sladkorjih iz rastlin ali na vložkih iz nafte – kar se je zgodilo pred milijoni let v organski svetlobi.” Ta tehnologija je učinkovitejša način pretvorbe sončne energije v hrano kot proizvodnja hrane, ki temelji na biološki fotosintezi,” je povedala Elizabeth Hahn, doktorska kandidatka v laboratoriju Jinkerson in sovodja študije.

Raziskan je bil tudi potencial za uporabo te tehnologije za gojenje poljščin. Crni grah, paradižnik, tobak, riž, repica in zeleni grah so lahko izkoristili ogljik iz acetata, ko so bili gojeni v temi.

“Ugotovili smo, da lahko širok nabor pridelkov sprejme acetat, ki smo ga dobili, in ga pretvori v ključne molekularne gradnike, ki jih organizem potrebuje za rast in uspevanje. Z nekaj vzreje in inženiringa, na katerem lahko trenutno delamo, bomo morda sposoben gojiti pridelke z acetatom kot dodatnim virom energije za povečanje pridelka,« je povedal Marcus Harland-Dunaway, doktorski kandidat v laboratoriju Jinkerson in sovodja avtor Said. The Study.

Z osvoboditvijo kmetijstva popolne odvisnosti od sonca umetna fotosinteza odpira nešteto možnosti za pridelavo hrane v težkih razmerah, ki jih povzročajo antropogene podnebne spremembe. Suše, poplave in nizka razpoložljivost zemlje bi bile manjša grožnja svetovni varnosti preskrbe s hrano, če bi pridelke za ljudi in živali gojili v okoljih z manj intenzivnimi viri, nadzorovanimi. Pridelke lahko gojimo tudi v mestih in na drugih območjih, ki so trenutno neprimerna za kmetijstvo, in celo zagotavljajo hrano za bodoče raziskovalce vesolja.

“Uporaba pristopov umetne fotosinteze za proizvodnjo hrane bi lahko pomenila premik paradigme v tem, kako hranimo ljudi. S povečanjem učinkovitosti proizvodnje hrane je potrebno manj zemlje, kar zmanjšuje vpliv kmetijstva na okolje.” In za kmetijstvo v netradicionalnih okoljih , tako kot vesolje, bi lahko povečana energetska učinkovitost pomagala nahraniti več članov posadke z manj vložkov,« je dejal Jinkerson.

Predstavljen je bil ta pristop k pridelavi hrane NASADeep Space Food Challenge, kjer je bil zmagovalec prve etape. Deep Space Food Challenge je mednarodno tekmovanje, v katerem se podeljujejo nagrade ekipam za ustvarjanje novih živilskih tehnologij, ki spreminjajo igro in zahtevajo minimalen vložek ter proizvajajo varno, hranljivo in okusno hrano za dolgotrajne vesoljske misije. Proizvodnja je maksimirana.

“Predstavljajte si, kako enostavno bi bilo nekega dne v temi in na Marsu imeti velikanske ladje, ki gojijo rastline paradižnika – Marsovce prihodnosti?” je povedala soavtorica Martha Orozco-Cardenas, direktorica raziskovalnega centra za transformacijo rastlin UC Riverside.

Referenca: Elizabeth C. Hahn, Sean Overa, Marcus Harland-Dunway, Andres F. Narvez, Dang N. Lay, Martha L. “Hibridni anorgansko-organski sistem umetne fotosinteze za energetsko učinkovito proizvodnjo hrane” Orozco-Cardenas, Fang. Xiao in Robert E. Jinkerson, 23. junija 2022, hrana v naravi,
DOI: 10.1038/s43016-022-00530-X

K raziskavi so prispevali tudi Andres Narvaez, Dang Le in Sean Overa. Dokument z odprtim dostopom nosi naslov “Hibridni anorgansko-organski sistem umetne fotosinteze za energetsko učinkovito proizvodnjo hrane”.

Raziskavo so podprli Translational Research Institute for Space Health (TRISH) prek NASA (NNX16AO69A), Fundacije za raziskave hrane in kmetijstva (FFAR), Link Foundation, Nacionalne znanstvene fundacije ZDA in Ministrstva za energijo ZDA. Za vsebino te publikacije so odgovorni izključno avtorji in ne predstavlja nujno uradnih stališč Fundacije za raziskave hrane in kmetijstva.

READ  Pameten eksperiment razkriva, kako so naši predniki v jamah uporabljali svetlobne vire

Mojca Andreja

Nagnjena je k apatiji. Nevidni raziskovalec. Vseživljenjski guru slanine. Potovalni odvisnik. Organizator. "

Related Posts

Dodaj odgovor

Vaš e-naslov ne bo objavljen.

Read also x