Pflanzen wachsen im Dunkeln. Marcus Harland-Dunaway/UCR
Die Photosynthese kann als eine der Superkräfte der Natur angesehen werden, ist aber überraschend ineffizient, da nur etwa 1 Prozent der im Sonnenlicht enthaltenen Energie in die Pflanze gelangt.
Nun sagen Wissenschaftler der UC Riverside und der University of Delaware, dass sie eine Methode gefunden haben, um die Notwendigkeit der biologischen Photosynthese zu umgehen und es ihnen zu ermöglichen, Lebensmittel ohne Sonnenlicht durch künstliche Photosynthese herzustellen, eine Presseerklärung enthüllt.
Die Forscher, die ihre Ergebnisse veröffentlicht habenein Naturkost, verwendete einen zweistufigen elektrokatalytischen Prozess, um Kohlendioxid, Strom und Wasser in Acetat umzuwandeln, das die Hauptkomponente von Essig ist.
Dann wandten sie das Acetat im Dunkeln auf Lebensmittel produzierende Organismen an, wodurch diese Organismen wachsen konnten. Ihre Methode könnte angesichts einer katastrophalen Klimakrise eine dringend benötigte Alternative für das Wachstum von Lebensmitteln bieten.
Künstliche Photosynthese: Nahrungsanbau ohne Sonnenlicht
Obwohl die UC Riverside-Forscher die Tatsache hervorheben, dass ihre Methode kein Sonnenlicht benötigt, weisen sie darauf hin, dass sie neben erneuerbarer Solarenergie unglaublich effektiv funktionieren kann. Interessanterweise sagen sie, dass sie ihre Methode mit Sonnenkollektoren kombinieren können, um den für den Betrieb erforderlichen Strom zu erzeugendie Elektrolyse. Dies würde die Umwandlungseffizienz von Sonnenlicht in Lebensmittel im Vergleich zu einigen Lebensmitteln um das bis zu 18-fache erhöhen.
Das heißt, das Verfahren kann Sonnenlicht nutzen, ist aber nicht auf die Energie der Sonne angewiesen, und es kann auch mit anderen Formen der Stromerzeugung funktionieren.
„Mit unserem Ansatz haben wir versucht, eine neue Art der Lebensmittelproduktion zu finden, die die normalerweise durch die biologische Photosynthese auferlegten Grenzen durchbrechen könnte“, sagte der korrespondierende Autor Robert Jinkerson, Assistenzprofessor für Chemie- und Umweltingenieurwesen an der UC Riverside, in der Erklärung.
Während ihrer Forschung entdeckten die Wissenschaftler, dass mit ihrer Methode eine große Vielfalt an Lebensmitteln im Dunkeln produziert werden kann, darunter Grünalgen, Hefen und Pilzmyzel, die Pilze produzieren. Nach ihren Erkenntnissen ist die Züchtung von Hefe mit ihrer Methode18-mal energieeffizienter als der typische Anbau durch Zuckergewinnung aus Mais.
"Wir waren in der Lage, Lebensmittel produzierende Organismen ohne Beiträge der biologischen Photosynthese zu züchten. Typischerweise werden diese Organismen auf Zuckern kultiviert, die aus Pflanzen oder aus Erdöl gewonnen werden – was ein Produkt der biologischen Photosynthese ist, die vor Millionen von Jahren stattfand. Diese Technologie ist eine effizientere Methode zum Drehen Sonnenenergie in Lebensmittel, im Vergleich zur Lebensmittelproduktion, die auf biologischer Photosynthese beruht“, sagte Elizabeth Hann, Doktorandin im Jinkerson Lab und Co-Hauptautorin der Studie.
Klimawandel und Weltraumforschung erfordern wichtige Alternativen für das Wachstum von Nahrungsmitteln
Die Forscher optimierten auch ihren Elektrolyseur, um die höchsten Acetatmengen zu produzieren, die bisher in einem Elektrolyseur produziert wurden. Darüber hinaus fanden sie heraus, dass Nutzpflanzen, darunter Kuherbsen, Tomaten, Reis, grüne Erbsen und Tabak, alle das Potenzial dazu habenkann im Dunkeln mit dem Kohlenstoff aus Acetat angebaut werden. Es besteht sogar die Möglichkeit, dass Acetat die Ernteerträge verbessern könnte, obwohl weitere Forschung erforderlich ist.
Die Forscher glauben, dass die künstliche Photosynthese durch die Verringerung der Abhängigkeit von direktem Sonnenlicht eine wichtige Alternative für das Nahrungsmittelwachstum in den kommenden Jahren darstellen könnte, während sich die Welt an die schlimmste Auswirkungen des Klimawandels — einschließlich Dürren, Überschwemmungen und eingeschränkter Landverfügbarkeit. „Using“ künstliche Photosynthese Ansätze zur Lebensmittelproduktion könnten ein Paradigmenwechsel für die Art und Weise sein, wie wir Menschen ernähren. Durch die Steigerung der Effizienz der Lebensmittelproduktion wird weniger Land benötigt, wodurch die Auswirkungen der Landwirtschaft auf die Umwelt verringert werden. Und für die Landwirtschaft in nicht traditionellen Umgebungen, wie Weltraum, die erhöhte Energieeffizienz könnte dazu beitragen, mehr Besatzungsmitglieder mit weniger Input zu ernähren", erklärte Jinkerson.
Tatsächlich war das UC Riverside-Team Gewinner der Phase I in NASAs Deep Space Food Challenge. Als Co-Autorin Martha Orozco-C árdenas formulierte es so: „Stellen Sie sich eines Tages riesige Schiffe vor, die Tomatenpflanzen im Dunkeln und auf dem Mars anbauen – wie viel einfacher wäre das für zukünftige Marsmenschen?“