• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
27 июня
Даниил Сухинов
1
13 870

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
Вчера, 10:03
Сергей Васильев

Моделирование показало, что если лежать на правом боку, проглоченная таблетка растворится намного быстрее, чем если стоять, а если на левом — то медленнее.

Позавчера, 15:54
Александра Медведева

Международная команда исследователей впервые провела наиболее полную оценку биоразнообразия самой высокой горы мира. Анализируя экологическую ДНК, выделенную из проб воды, отобранных на высоте 4,5-5,5 километра, они обнаружили генетический материал представителей 187 отрядов, что составляет 16,3% от всех известных отрядов живых организмов Земли.

Позавчера, 16:32
Марина Олейникова

Современные лыжи — это настоящий высокотехнологичный «бутерброд»: многослойные, покрытые специальными пластиками, склеенные хитрыми дорогими клеями, позволяющие развить невероятные скорости. Naked Science пробует разобраться в тонкостях производства лыж.

14 августа
Иван Лавренов

Некоторые пульсары покидают остатки сверхновых со скоростями более тысячи километров в секунду. Согласно новому исследованию, такую скорость им может придавать весьма необычное явление - мощное направленное нейтринное циклотронное излучение.

Вчера, 10:03
Сергей Васильев

Моделирование показало, что если лежать на правом боку, проглоченная таблетка растворится намного быстрее, чем если стоять, а если на левом — то медленнее.

Позавчера, 15:54
Александра Медведева

Международная команда исследователей впервые провела наиболее полную оценку биоразнообразия самой высокой горы мира. Анализируя экологическую ДНК, выделенную из проб воды, отобранных на высоте 4,5-5,5 километра, они обнаружили генетический материал представителей 187 отрядов, что составляет 16,3% от всех известных отрядов живых организмов Земли.

2 августа
Александр Березин

Если западным странам удастся «лишить Кремль нефтяных доходов», то мир ждет геополитическое землетрясение. Только не обязательно в ту сторону, о которой вы сейчас подумали. На фоне того, что последует за «лишением», шок 1973 года может показаться детской игрой. Naked Science попробует оценить размах «потолочного катаклизма» заранее.

31 июля
Александр Березин

Саудовский принц одобрил строительство гигантского «лежачего небоскреба», который должен стать крупнейшим зданием в истории. Причем еще и самым экологичным в мире. Пресса и соцсети полны возмущенных оценок: «это антиутопия!», «проект сырой!» и тому подобным. Однако чисто технически это не так: «Зеркальную линию» на пять миллионов жителей вполне можно построить. И такое здание в самом деле будет энергоэффективным (и формально безуглеродным). Но у проекта есть другие слабые места, лежащие скорее в сфере науки, нежели техники. Naked Science попробовал разобраться в деталях.

27 июля
Алиса Гаджиева

Новое исследование показало, что появившаяся у человека способность переваривать молочный сахар никак не сказалась на распространенности потребления продуктов молочного животноводства.

[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?
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: