La fotosíntesis artificial puede producir alimentos sin sol
La fotosíntesis ha evolucionado en las plantas durante millones de años para convertir el agua, el dióxido de carbono y la energía de la luz solar en biomasa vegetal y los alimentos que comemos. Sin embargo, este proceso es muy ineficiente, ya que solo alrededor del 1% de la energía que se encuentra en la luz solar termina en la planta. Los científicos de UC Riverside y la Universidad de Delaware han encontrado una manera de evitar por completo la necesidad de la fotosíntesis biológica y crear alimentos independientes de la luz solar mediante el uso de fotosíntesis artificial.
La investigación, publicada en Nature Food, utiliza un proceso electrocatalítico de dos pasos para convertir el dióxido de carbono, la electricidad y el agua en acetato, la forma del componente principal del vinagre. Los organismos productores de alimentos luego consumen acetato en la oscuridad para crecer. Combinado con paneles solares para generar electricidad para alimentar la electrocatálisis, este sistema híbrido orgánico-inorgánico podría aumentar la eficiencia de conversión de la luz solar en alimentos, hasta 18 veces más eficiente para algunos alimentos.
«Con nuestro enfoque, buscamos identificar una nueva forma de producir alimentos que pudiera romper los límites normalmente impuestos por la fotosíntesis biológica», dijo el autor correspondiente Robert Jinkerson, profesor asistente de ingeniería química y ambiental de UC Riverside.
Para integrar todos los componentes del sistema, se optimizó la salida del electrolizador para apoyar el crecimiento de organismos productores de alimentos. Los electrolizadores son dispositivos que usan electricidad para convertir materias primas como el dióxido de carbono en moléculas y productos útiles. La cantidad de acetato producido aumentó mientras que la cantidad de sal utilizada disminuyó, lo que resultó en los niveles más altos de acetato jamás producidos en un electrolizador hasta la fecha.
«Usando una configuración de electrólisis de CO2 en tándem de dos pasos de última generación desarrollada en nuestro laboratorio, pudimos lograr una alta selectividad hacia el acetato al que no se puede acceder a través de las rutas convencionales de electrólisis de CO2», dijo el autor correspondiente Feng Jiao en la Universidad. de Delaware.
Los experimentos demostraron que una amplia gama de organismos productores de alimentos se pueden cultivar en la oscuridad directamente en la salida del electrolizador rico en acetato, incluidas las algas verdes, la levadura y el micelio fúngico que produce hongos. Producir algas con esta tecnología es aproximadamente cuatro veces más eficiente energéticamente que cultivarlas fotosintéticamente. La producción de levadura es aproximadamente 18 veces más eficiente energéticamente que la forma en que se cultiva típicamente con azúcar extraída del maíz.
«Pudimos cultivar organismos productores de alimentos sin ninguna contribución de la fotosíntesis biológica. Por lo general, estos organismos se cultivan con azúcares derivados de plantas o insumos derivados del petróleo, que es un producto de la fotosíntesis biológica que tuvo lugar hace millones de años. Esto La tecnología es un método más eficiente para convertir la energía solar en alimentos, en comparación con la producción de alimentos que se basa en la fotosíntesis biológica», dijo Elizabeth Hann, candidata a doctorado en el Laboratorio Jinkerson y coautora principal del estudio.
