Los dos principales desafíos que enfrenta la producción de alimentos son su dependencia de las condiciones climáticas y la necesidad de grandes extensiones de tierra cultivable. Pero un nuevo estudio ofrece una visión de un futuro en el que tal vez no necesitemos ni una ni otra.
Los investigadores han desarrollado un método llamado electroagricultura, que utiliza energía renovable y dióxido de carbono para cultivar cultivos en interiores. Este enfoque innovador podría transformar la agricultura tal como la conocemos, y tal vez incluso permitir que los astronautas cultiven alimentos en el espacio. Si cultiváramos todos los alimentos de los EE. UU. utilizando este enfoque, los requisitos de tierras agrícolas podrían reducirse en un 94%, afirman los investigadores.
“La tecnología permite la producción de alimentos en sistemas integrados verticalmente, lo que reduce la necesidad de tierra para el cultivo tradicional. Por ejemplo, si se implementa por completo en los EE. UU., la electroagricultura podría reducir potencialmente el uso de tierras agrícolas de 1.2 mil millones de acres a solo 0.14 mil millones de acres”, dijo a ZME Science Feng Jiao, uno de los autores del estudio y profesor de la Universidad de Washington en St. Louis (WashU).
Estas drásticas reducciones de las tierras agrícolas liberarían vastas áreas para la restauración de los ecosistemas y el secuestro de carbono.
Agricultura eléctrica versus fotosíntesis
La mayoría de las plantas comestibles producen su alimento mediante la fotosíntesis, un proceso en el que capturan la luz solar y utilizan su energía para convertir el dióxido de carbono del aire y el agua del suelo en glucosa, un tipo de azúcar que proporciona energía a las plantas. Sin embargo, un gran desafío con la fotosíntesis es que es un método de producción de alimentos altamente ineficiente, ya que convierte solo alrededor del 1% de la luz solar en glucosa.
“La fotosíntesis tiene inherentemente una baja eficiencia de conversión de energía solar a alimentos, típicamente solo alrededor del 1%, lo que limita la productividad de la agricultura convencional”, dijo Feng.
Además, la agricultura tradicional ocupa casi la mitad de la tierra habitable del mundo, contribuye a altas emisiones de gases de efecto invernadero y es sensible a las condiciones climáticas. Esto dificulta sostener la producción de alimentos impulsada por la fotosíntesis en medio de patrones climáticos cambiantes.
La agricultura eléctrica, por otro lado, utiliza energía renovable de fuentes como las células solares para convertir el CO2 (del aire) en acetato. Las plantas pueden utilizar este acetato para satisfacer sus necesidades de carbono y energía sin depender de la luz solar o de grandes cantidades de tierra, ya que el proceso se puede escalar verticalmente.
“La electroagricultura se puede integrar con las plantas alimentándolas con acetato producido a partir de la electrólisis del CO2. Es posible que se requieran modificaciones genéticas para optimizar las plantas para la utilización del acetato, lo que les permitirá evitar la fotosíntesis y utilizar el acetato para la producción de energía y biomasa a través del ciclo del glioxilato”, agregó Feng.
El ciclo del glioxilato es el proceso que muchas bacterias, hongos y plantas utilizan para producir alimentos en la oscuridad. Según los investigadores, las pruebas en el mundo real han mostrado resultados prometedores; por ejemplo, un sistema de electroagricultura de prueba de concepto demostró un aumento de cuatro veces en la eficiencia energética con respecto a la fotosíntesis.
¿Estamos listos para cambiar la agricultura?
Si vives en un país desarrollado, es muy probable que estés soportando la peor parte de la inflación de los alimentos y la contaminación generalizada por pesticidas. Si eres un agricultor de una parte subdesarrollada del mundo, seguramente estés sintiendo el aguijón del cambio climático.
Sin embargo, una vez implementada a gran escala, la electroagricultura tiene el potencial de ayudar a resolver la mayoría de estos problemas. Puede hacer que la producción de alimentos sea más sostenible al reducir significativamente el impacto ambiental de la agricultura. Además, podría estabilizar los precios de los alimentos al hacer que la producción de alimentos dependa menos de las condiciones climáticas, mejorando la seguridad alimentaria, especialmente en regiones con climas severos o tierras cultivables limitadas.
Sin embargo, este enfoque no es perfecto y tiene algunas limitaciones. Por ejemplo, requeriría un aporte significativo de energía y un suministro ininterrumpido de electricidad. Esto podría ser muy difícil en un mundo donde tecnologías como la inteligencia artificial, la computación cuántica y las estaciones de carga eléctrica compiten por la energía.
La implementación a gran escala de la electroagricultura también requeriría la creación de granjas verticales gigantes, que requieren grandes inversiones iniciales y mucho tiempo de desarrollo. Pero antes de que nada de esto suceda, los investigadores deben demostrar que esta técnica es 100% factible y escalable.
“El nivel de preparación de la electroagricultura aún no es suficiente para su comercialización a gran escala, ya que se necesita más trabajo para mejorar la estabilidad de los sistemas de electrólisis de CO2 y mejorar las vías metabólicas en las plantas”, dijo Feng a ZME Science.
Aun así, el concepto es prometedor. Con más investigaciones, la electroagricultura podría convertirse en una herramienta crucial para hacer que la producción de alimentos sea más sostenible, eficiente y segura para un mundo que enfrenta un clima que cambia rápidamente.
El estudio se publicó en la revista Joule.
Fuente: ZME Science.
