• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
27.06.2022
Даниил Сухинов
1
14 562

Разработана технология искусственного фотосинтеза для производства пищи без использования солнечного света

4.3

С точки зрения человека, процесс фотосинтеза неэффективен: большинство сельскохозяйственных культур способны преобразовывать солнечную энергию в биомассу с эффективностью не более процента. Американские исследователи нашли способ обойтись вообще без биологического фотосинтеза и разработали систему для производства продуктов питания, не использующую (по крайней мере, напрямую) солнечный свет. В перспективе технология позволит производить продовольствие во время длительных космических миссий, например на Луну или Марс.

Растения, выращенные в полной темноте на ацетатной среде, полученной в процессе искусственного фотосинтеза / © Marcus Harland-Dunaway/UCR

Фотосинтез наземных растений эволюционировал на протяжении миллионов лет, превращая воду, углекислый газ и энергию солнечного света в растительную биомассу, которую люди и животные потребляют в пищу. С ростом населения Земли увеличивается и спрос на продовольствие, производство которого в итоге ограничивается эффективностью преобразования энергии в процессе фотосинтеза. Поскольку эта величина в большинстве сельскохозяйственных культур не превосходит 1%, для их выращивания требуются обширные земельные участки, чтобы улавливать достаточное количество солнечной энергии и производить требуемое количество биомассы. 

Усилия ученых в области селекции и генной инженерии, направленные на повышение эффективности фотосинтеза растений, дают лишь незначительные преимущества для ограниченного числа сельскохозяйственных культур. Исследователи из Калифорнийского и Делаверского университетов (США) решили пойти другим путем и разработали гибридную электрохимико-биологическую систему для производства продуктов питания на основе процесса искусственного фотосинтеза. Статья с подробным описанием разработки опубликована в журнале Nature Food.

В системе используется двустадийный электрохимический процесс, превращающий углекислый газ и воду в кислород и ацетат (из-за чего его и называют искусственным фотосинтезом). Ацетат может служить источником углерода и энергии для различного рода водорослей, дрожжей, грибов и высших растений. Причем конструкция электролизера — устройства, преобразующего углекислый газ в ацетат с использованием электричества — была оптимизирована авторами работы так, что позволила получить наибольший выход продукта на сегодня.

Общая схема электрохимико-биологической системы для производства продуктов питания из СО2 на основе искусственного фотосинтеза / © Hann E.C. et al, Nature Food, 2022

Сочетание разработанной системы фиксации углерода с солнечными панелями для получения электричества предлагает альтернативный, более энергоэффективный подход к производству продуктов питания. Так, эффективность производства биомассы микроорганизмов (зеленых водорослей) при культивировании в темноте на богатой ацетатом воде, прошедшей через электролизер, была в четыре раза выше в сравнении с обычным культивированием с доступом к солнечному свету. В то же время производство дрожжей получилось в 18 раз более энергоэффективным, чем при обычном выращивании с использованием сахара, получаемого из кукурузы.

«Мы смогли вырастить организмы, производящие пищу, без какого-либо участия биологического фотосинтеза. Обычно эти организмы выращивают на сахаре, полученном из растений, или на сырье, полученном из нефти, которая тоже продукт биологического фотосинтеза, происходившего миллионы лет назад. Наша технология — более эффективный метод превращения солнечной энергии в пищу», — объяснил соавтор исследования Элизабет Ханн (Elizabeth Hann), докторант кафедры химической и экологической инженерии Калифорнийского университета в Риверсайде.

Диаграммы использования солнечной энергии для производства продуктов питания на основе растений и водорослей сравнивают эффективность искусственного и биологического фотосинтеза. Потери при преобразовании энергии солнечного света в пищу показаны стрелками с указанием процента общей энергии, потерянной на каждом шаге / © Hann E.C. et al, Nature Food, 2022

Кроме того, ученые обнаружили, что ряд сельскохозяйственных культур (например, салат, рис, томаты, перец, табак, зеленый горошек) тоже могут использовать ацетат, получаемый на установке, в качестве дополнительного источника энергии для повышения урожайности. Таким образом, освобождая сельское хозяйство от полной зависимости от солнечного освещения, искусственный фотосинтез позволит выращивать микроорганизмы и растения во все более сложных условиях, включая изменения климата, отсутствие пахотных земель, и даже в долгосрочных космических миссиях, в том числе на Марс.

Предложенный метод производства продуктов питания признали победителем первой фазы конкурса NASA Deep Space Food Challenge — международного соревнования по созданию новых и революционных пищевых технологий, требующих минимальных затрат и обеспечивающих максимально безопасные, питательные и вкусные продукты для длительных космических миссий.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 17:01
Андрей

Международная группа геологов выяснила, когда начал отступать антарктический ледник Туэйтса, который называют «ледником Судного дня».

Вчера, 15:05
Ольга Иванова

Немецкие ученые изучили Danionella cerebrum — небольшой вид рыб длиной около 12 миллиметров. И выяснили, как эта крошка способна издавать звуки более 140 децибел.

Вчера, 14:16
ПНИПУ

Смартфоны и прочие гаджеты стали неотъемлемой частью нашей жизни: они нужны для работы, учебы, комфортного отдыха, общения. Качественная работа устройств, а порой и наша безопасность зависят от состояния аккумулятора. Кандидат технических наук, доцент кафедры информационных технологий и автоматизированных систем ПНИПУ Даниил Курушин рассказал об основных правилах долголетия батареи смартфона, стоит ли заряжать и разряжать гаджет полностью, чем вредит виброрежим и что значат «скачущие» проценты.

26 февраля
Дарья Губина

В 2022 году зонд DART столкнулся с Диморфом, спутником астероида Дидим. Ученые хотели проверить, можно ли сбить с траектории небольшое, но потенциально опасное для нашей жизни космическое тело. Оказалось, DART не только изменил орбиту маленького объекта, но и полностью его «переворошил».

25 февраля
Руслан Руслан

Компания Neuralink, при помощи которой предприниматель Илон Маск надеется совершить революцию в интерфейсах «мозг-компьютер» (BCI), впервые имплантировала человеку устройство «чтения мыслей». Об этом Маск сообщил в твите, опубликованном 29 января. Однако, некоторые обеспокоены отсутствием прозрачности вокруг имплантата, который должен дать возможность управлять устройствами посредством мысли. Реакции ученых и экспертов на это событие обобщает медиа-редакция Nature, а Naked Science приводит перевод этой статьи.

26 февраля
Юлия Трепалина

Немецкие ученые рассказали о преимуществах новой технологии промышленного производства яблочного сока — с помощью метода спирального пресса с фильтрацией (spiral filter press). Исследователи установили, что он позволяет в четыре раза увеличить содержание в соке полезных для здоровья веществ по сравнению с более традиционным способом отжима.

20 февраля
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

1 февраля
Андрей

Канадские исследователи изучили состав пород, вышедших на поверхность при появлении первых континентов. По итогам анализа выяснилось, что новая земная кора возникла не в результате движения тектонических плит, а из-за процессов в океанических плато молодой Земли.

22 февраля
РНФ

Ученые показали, что экстремальный подъем уровня Каспийского моря на десятки метров, произошедший 18-13 тысяч лет назад и получивший название «Великая Хвалынская трансгрессия», мог быть вызван, вопреки существующим гипотезам, не таянием ледника, а естественными изменениями палеоклимата. Оказалось, что из-за холодного климата того периода обширные территории, с которых собирали воду впадающие в Каспий реки, были покрыты многолетней мерзлотой. В результате массы дождевых и талых вод почти не впитывались в мерзлые грунты и стекали в море, испарение с поверхности которого было небольшим. Все эти факторы привели к повышению уровня Каспия и увеличению площади моря более чем вдвое по сравнению с современным. Полученные данные помогут уточнить представления о масштабе колебаний уровня Каспийского моря при изменении климата.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

-
1
+
Это же просто чудо. Последние несколько месяцев мне не давала покоя мысль, что следующая технологическая революция будет представлять собой что-то вроде описанного, переход человека к более близкому к электричеству способу питания.
Подтвердить?
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: