Искусственный фотосинтез может производить пищу без солнечного света

Ученые нашли способ вообще обойти потребность в биологическом фотосинтезе и создать пищу, независимую от солнечного света, с помощью искусственного фотосинтеза. Технология использует двухэтапный электрокаталитический процесс для преобразования углекислого газа, электричества и воды в ацетат. Затем организмы, производящие пищу, потребляют ацетат в темноте для роста. Гибридная органо-неорганическая система может увеличить эффективность преобразования солнечного света в пищу, до 18 раз более эффективно для некоторых продуктов.


Фотосинтез эволюционировал в растениях на протяжении миллионов лет, превращая воду, углекислый газ и энергию солнечного света в растительную биомассу и продукты, которые мы едим. Этот процесс, однако, очень неэффективен: только около 1% энергии, содержащейся в солнечном свете, попадает в растение. Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде и Делавэрского университета нашли способ вообще обойти необходимость биологического фотосинтеза и создать пищу, независимую от солнечного света, с помощью искусственного фотосинтеза.

Исследование, опубликованное в Природа Еда, использует двухэтапный электрокаталитический процесс для преобразования углекислого газа, электричества и воды в ацетат, форму основного компонента уксуса. Затем организмы, производящие пищу, потребляют ацетат в темноте для роста. В сочетании с солнечными панелями для выработки электроэнергии для питания электрокатализа эта гибридная органо-неорганическая система может повысить эффективность преобразования солнечного света в пищу, до 18 раз более эффективно для некоторых продуктов.

«С нашим подходом мы стремились определить новый способ производства продуктов питания, который мог бы преодолеть ограничения, обычно налагаемые биологическим фотосинтезом», — сказал автор корреспондента Роберт Джинкерсон, доцент кафедры химической и экологической инженерии Калифорнийского университета в Риверсайде.

Чтобы объединить все компоненты системы вместе, мощность электролизера была оптимизирована для поддержки роста пищевых организмов. Электролизеры — это устройства, которые используют электричество для преобразования сырья, такого как углекислый газ, в полезные молекулы и продукты. Количество производимого ацетата было увеличено, а количество используемой соли уменьшено, что привело к самым высоким уровням ацетата, когда-либо произведенным в электролизере на сегодняшний день.

«Использование современного двухступенчатого тандемного ЦО2 установка электролиза, разработанная в нашей лаборатории, мы смогли добиться высокой селективности по отношению к ацетату, который не может быть получен через обычный CO.2 пути электролиза», — сказал автор-корреспондент Фэн Цзяо из Университета Делавэра.

Эксперименты показали, что широкий спектр пищевых организмов можно выращивать в темноте прямо на выходе электролизера, богатом ацетатом, включая зеленые водоросли, дрожжи и грибковый мицелий, которые производят грибы. Производство водорослей с помощью этой технологии примерно в четыре раза более энергоэффективно, чем выращивание их фотосинтезом. Производство дрожжей примерно в 18 раз более энергоэффективно, чем при его обычном выращивании с использованием сахара, извлеченного из кукурузы.

«Мы смогли выращивать организмы, производящие пищу, без участия биологического фотосинтеза. Как правило, эти организмы культивируются на сахаре, полученном из растений, или на сырье, полученном из нефти — продукта биологического фотосинтеза, имевшего место миллионы лет назад. Эта технология является более эффективным методом превращения солнечной энергии в пищу по сравнению с производством продуктов питания, основанным на биологическом фотосинтезе», — сказала Элизабет Ханн, докторант лаборатории Джинкерсона и соавтор исследования.

Также был изучен потенциал использования этой технологии для выращивания сельскохозяйственных культур. Вигна, помидоры, табак, рис, рапс и зеленый горошек способны утилизировать углерод из ацетата при выращивании в темноте.