Искусственный фотосинтез может производить пищу без солнечного света

Учёные из Калифорнийского университета в Риверсайде и Университета Делавэра нашли способ обойти необходимость биологического фотосинтеза и создать пищу независимо от солнечного света с помощью искусственного фотосинтеза.

Исследование, опубликованное в Nature Food, использует двухстадийный электрокаталитический процесс для преобразования диоксида углерода (CO₂), электричества и воды в ацетат (основной компонент уксуса). Продуцирующие пищу организмы затем потребляют ацетат в темноте для роста. В сочетании с солнечными панелями эта гибридная органическо-неорганическая система может увеличить эффективность преобразования солнечного света в пищу — до в 18 раз эффективнее для некоторых продуктов.

Ключевой метод:

• Использован современный двухстадийный тандемный электролизер CO₂, который обеспечивает высокую селективность по ацетату, недоступную для обычных маршрутов электролиза CO₂.
• Выход электролизера был оптимизирован для поддержки роста организмов, производящих пищу, что привело к рекордному уровню производства ацетата.

Результаты экспериментов:

• Широкий спектр организмов может расти в темноте непосредственно на богатом ацетатом выходе электролизера:
  • Зелёные водоросли — производство примерно в 4 раза энергоэффективнее, чем при фотосинтетическом выращивании.
  • Дрожжи — производство примерно в 18 раз энергоэффективнее, чем при обычном культивировании на сахаре из кукурузы.
  • Грибной мицелий, производящий грибы.
• Культурные растения, включая коровий горох, томат, табак, рис, рапс и зелёный горошек, также смогли использовать углерод из ацетата при выращивании в темноте.

Значение и перспективы:

• Эффективность: Технология представляет собой более эффективный метод превращения солнечной энергии в пищу по сравнению с производством, основанным на биологическом фотосинтезе (КПД ~1%).
• Устойчивость: Может снизить зависимость сельского хозяйства от солнца, сделав его менее уязвимым к засухам, наводнениям и нехватке земли.
• Гибкость: Позволяет выращивать пищу в городах, в непригодных для сельского хозяйства зонах, в контролируемых условиях.
• Космос: Технология была представлена на конкурс NASA Deep Space Food Challenge, где стала победителем первого этапа. Она может обеспечить пищей будущих исследователей космоса, например, на Марсе.

Цитата авторов: "С помощью нашего подхода мы стремились определить новый способ производства пищи, который мог бы преодолеть ограничения, обычно налагаемые биологическим фотосинтезом", — Роберт Джинкерсон, соавтор исследования.