Araştırmacılar, biyolojik fotosentez ihtiyacını tamamen ortadan kaldırmanın ve yapay fotosentez kullanarak güneş ışığından bağımsız gıda yaratmanın bir yolunu buldular. Çalışma dergide yayınlandı, Doğa Gıda.
Araştırmacılar karbon dioksit, elektrik ve suyu sirkenin ana bileşeni olan asetata dönüştürmek için iki aşamalı bir elektrokatalitik süreç kullandılar. Gıda üreten organizmalar daha sonra büyümek için karanlıkta asetat tüketirler.
Elektrokatalize güç sağlamak için elektriği üretmek için güneş panelleri ile birlikte bu hibrit organik-inorganik sistem, güneş ışığının gıdaya dönüşüm verimliliğini, bazı gıdalar için 18 kata kadar daha verimli hale getirebilir.
“Yaklaşımımızla, normalde biyolojik fotosentezin dayattığı sınırları aşabilecek yeni bir gıda üretme yolu belirlemeye çalıştık.” söz konusu UC Riverside’da kimya ve çevre mühendisliği alanında yardımcı doçent olan ilgili yazar Robert Jinkerson.
Sistemin tüm bileşenlerini bir araya getirmek için elektrolizörün çıktısı, gıda üreten organizmaların büyümesini desteklemek için optimize edildi. Elektrolizörler, karbondioksit gibi ham maddeleri faydalı moleküllere ve ürünlere dönüştürmek için elektrik kullanan cihazlardır. Kullanılan tuz miktarı azaltılırken üretilen asetat miktarı artırıldı, bu da bugüne kadar bir elektrolizörde üretilen en yüksek asetat seviyelerine yol açtı.
İlgili yazar Feng Jiao, “Laboratuvarımızda geliştirilen son teknoloji iki aşamalı tandem CO2 elektroliz kurulumunu kullanarak, asetata karşı geleneksel CO2 elektroliz yollarıyla erişilemeyen yüksek bir seçicilik elde edebildik” dedi. Delaware Üniversitesi.
Deneyler, yeşil algler, maya ve mantar üreten mantar miselyumu da dahil olmak üzere, çok çeşitli gıda üreten organizmaların karanlıkta doğrudan asetat açısından zengin elektrolizör çıktısı üzerinde yetiştirilebileceğini gösterdi. Bu teknoloji ile alg üretmek, fotosentetik olarak yetiştirmekten yaklaşık dört kat daha fazla enerji verimlidir. Maya üretimi, tipik olarak mısırdan ekstrakte edilen şeker kullanılarak yetiştirildiğinden yaklaşık 18 kat daha fazla enerji verimlidir.
“Biyolojik fotosentezden herhangi bir katkı olmaksızın gıda üreten organizmalar yetiştirebildik. Tipik olarak, bu organizmalar bitkilerden elde edilen şekerler veya milyonlarca yıl önce gerçekleşen biyolojik fotosentezin bir ürünü olan petrolden elde edilen girdiler üzerinde yetiştirilir. Bu Jinkerson Laboratuarı’nda doktora adayı ve araştırmanın başyazarı Elizabeth Hann, “teknoloji, biyolojik fotosenteze dayanan gıda üretimine kıyasla güneş enerjisini yiyeceğe dönüştürmek için daha verimli bir yöntemdir” dedi. ders çalışma.
Ekin bitkileri yetiştirmek için bu teknolojiyi kullanma potansiyeli de araştırıldı. Börülce, domates, tütün, pirinç, kanola ve yeşil bezelye karanlıkta yetiştirildiklerinde asetattan karbon kullanabildiler.
“Geniş bir ürün yelpazesinin sağladığımız asetatı alabileceğini ve onu bir organizmanın büyümesi ve gelişmesi için ihtiyaç duyduğu başlıca moleküler yapı taşlarına yerleştirebileceğini bulduk. Şu anda üzerinde çalıştığımız bazı ıslah ve mühendislik çalışmalarıyla ekinler yetiştirebiliriz. Jinkerson Laboratuarı’nda doktora adayı ve çalışmanın ortak yazarı Marcus Harland-Dunaway, mahsul verimini artırmak için ekstra bir enerji kaynağı olarak asetat ile” dedi.
Yapay fotosentez, tarımı güneşe tamamen bağımlı olmaktan kurtararak, antropojenik iklim değişikliğinin dayattığı giderek zorlaşan koşullar altında gıda yetiştirmek için sayısız olasılığa kapı açıyor. Kuraklık, sel ve azalan arazi mevcudiyeti, insanlar ve hayvanlar için daha az kaynak yoğun, kontrollü ortamlarda yetişirse, küresel gıda güvenliği için daha az tehdit olacaktır. Mahsuller ayrıca şehirlerde ve şu anda tarım için uygun olmayan diğer alanlarda yetiştirilebilir ve hatta gelecekteki uzay kaşifleri için yiyecek sağlayabilir.
“Gıda üretmek için yapay fotosentez yaklaşımlarını kullanmak, insanları nasıl beslediğimiz konusunda bir paradigma değişikliği olabilir. Gıda üretiminin verimliliğini artırarak daha az toprağa ihtiyaç duyulur, tarımın çevre üzerindeki etkisi azalır. Geleneksel olmayan ortamlardaki tarım için, Dış uzayda olduğu gibi, artan enerji verimliliği daha az girdiyle daha fazla mürettebatın beslenmesine yardımcı olabilir,” dedi Jinkerson.
Gıda üretimine yönelik bu yaklaşım, NASA’nın Aşama I kazananı olduğu Deep Space Food Challenge’a sunuldu. Deep Space Food Challenge, uzun süreli uzay görevleri için minimum girdi gerektiren ve güvenli, besleyici ve lezzetli gıda çıktılarını maksimuma çıkaran yeni ve oyunun kurallarını değiştiren gıda teknolojileri yaratmak için takımlara ödüllerin verildiği uluslararası bir yarışmadır.
“Bir gün karanlıkta ve Mars’ta domates yetiştiren dev gemiler hayal edin – bu gelecekteki Marslılar için ne kadar kolay olurdu?” UC Riverside Bitki Dönüşüm Araştırma Merkezi direktörü ortak yazar Martha Orozco-Cardenas dedi.