Un experimento ganador del premio de la NASA podría ser el futuro de la fotosíntesis artificial

Biología

El proceso de convertir el agua, el dióxido de carbono y la luz solar en oxígeno y energía ayuda a las plantas a crecer de forma natural, y es un proceso que los científicos buscan aprovechar y adaptar para producir alimentos, combustible y más. En un nuevo estudio, los científicos describen una técnica experimental de fotosíntesis artificial, que implementa un proceso electrocatalítico de dos pasos para convertir el dióxido de carbono, el agua y la electricidad generada por los paneles solares en acetato (el componente principal del vinagre). Este acetato puede ser aprovechado por las plantas para crecer.

Un esquema de la técnica de los investigadores. Hann y otros, Nature Food 2022

De hecho, el sistema que los investigadores han diseñado aquí tiene la intención no solo de imitar la fotosíntesis que ocurre en la naturaleza, sino de mejorarla: en las plantas, solo alrededor del 1% de la energía de la luz solar se convierte en biomasa vegetal, mientras que aquí la eficiencia se puede multiplicar por aproximadamente cuatro veces.

“Con nuestro enfoque buscamos identificar una nueva forma de producir alimentos que pudiera superar los límites impuestos normalmente por la fotosíntesis biológica”, dice el ingeniero químico y ambiental Robert Jinkerson de la Universidad de California en Riverside.

El dispositivo de conversión de electricidad o electrolizador desarrollado por los investigadores tuvo que optimizarse especialmente para actuar como un motor de crecimiento para los organismos productores de alimentos, lo que en parte significó aumentar la cantidad de acetato y reducir la cantidad de sal producida. Otros experimentos realizados por el equipo demostraron que la producción de electrolizadores ricos en acetato podría soportar una variedad de organismos, incluidas las algas verdes, la levadura y el micelio, que produce hongos. Para darle una comparación, la producción de algas es aproximadamente cuatro veces más eficiente energéticamente con este método en comparación con la fotosíntesis natural.

Plantas que crecen en completa oscuridad en un medio de acetato. Marcus Harland-Dunaway/UCR.

Los cultivos de caupí, tomate, tabaco, arroz, canola y guisantes verdes pudieron hacer uso del carbono en el acetato y crecer sin luz solar, mostraron los científicos. El proceso podría usarse además de la fotosíntesis normal, así como en lugar de ella.

“Descubrimos que una amplia gama de cultivos podría tomar el acetato que proporcionamos y convertirlo en los principales componentes moleculares que un organismo necesita para crecer y prosperar”, dice Marcus Harland-Dunaway, científico botánico y de plantas de UC Riverside.

“Con un poco de mejoramiento e ingeniería en los que estamos trabajando actualmente, podríamos cultivar cultivos con acetato como fuente de energía adicional para aumentar el rendimiento de los cultivos”.

El proceso descrito aquí es tan impresionante que es uno de los ganadores del Desafío de Alimentos en el Espacio Profundo de la NASA, un escaparate de tecnología emergente que algún día podría ayudar a cultivar alimentos en el espacio: imagina poder cultivar dentro de búnkeres subterráneos en Marte, por instancia. No es solo en el espacio donde la fotosíntesis artificial podría marcar un cambio drástico en la producción de alimentos. La crisis climática significa que las temperaturas extremas, las sequías, las inundaciones y otras amenazas a las prácticas agrícolas estándar son cada vez más comunes. Si bien procesos como este no son una excusa para no abordar el cambio climático, podrían ayudar a que la producción de alimentos sea más resistente y significar que los cultivos podrían cultivarse en más lugares, quizás en más áreas urbanas.

“El uso de enfoques de fotosíntesis artificial para producir alimentos podría ser un cambio de paradigma en la forma en que alimentamos a las personas”, dice Jinkerson. “Al aumentar la eficiencia de la producción de alimentos, se necesita menos tierra, lo que reduce el impacto que tiene la agricultura en el medio ambiente”.

“Y para la agricultura en entornos no tradicionales, como el espacio exterior, la mayor eficiencia energética podría ayudar a alimentar a más miembros de la tripulación con menos insumos”.

La investigación ha sido publicada en Nature Food.

Fuente: Science Alert.

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