Científicos encontraron una manera de evitar por completo la necesidad de la fotosíntesis biológica y crear alimentos independientes de la luz solar con el uso de fotosíntesis artificial.
La fotosíntesis ha evolucionado en las plantas durante millones de años para convertir el agua, el dióxido de carbono y la energía de la luz solar en biomasa vegetal y los alimentos que comemos. Sin embargo, este proceso es muy ineficiente, ya que solo alrededor del uno por ciento de la energía que se encuentra en la luz solar termina en la planta.
La nueva investigación, publicada en Nature Food, utiliza un proceso electrocatalítico de dos pasos para convertir el dióxido de carbono, la electricidad y el agua en acetato, la forma del componente principal del vinagre. Los organismos productores de alimentos luego consumen acetato en la oscuridad para crecer. Combinado con paneles solares para generar electricidad para alimentar la electrocatálisis, este sistema híbrido orgánico-inorgánico podría aumentar la eficiencia de conversión de la luz solar en alimentos, hasta 18 veces más eficiente para algunos alimentos.
"Con nuestro enfoque, buscamos identificar una nueva forma de producir alimentos que pudiera romper los límites normalmente impuestos por la fotosíntesis biológica", dijo Robert Jinkerson, profesor asistente de ingeniería química y ambiental de UC Riverside.
Para integrar todos los componentes del sistema, se optimizó la salida del electrolizador para apoyar el crecimiento de organismos productores de alimentos. Los electrolizadores son dispositivos que usan electricidad para convertir materias primas como el dióxido de carbono en moléculas y productos útiles. La cantidad de acetato producido aumentó mientras que la cantidad de sal utilizada disminuyó, lo que resultó en los niveles más altos de acetato jamás producidos en un electrolizador hasta la fecha.
Cultivar en la oscuridad es cuatro veces más eficiente
Los experimentos demostraron que una amplia gama de organismos productores de alimentos se pueden cultivar en la oscuridad directamente en la salida del electrolizador rico en acetato, incluidas las algas verdes, la levadura y el micelio fúngico que produce hongos.
Producir algas con esta tecnología es aproximadamente cuatro veces más eficiente energéticamente que cultivarlas fotosintéticamente. La producción de levadura es aproximadamente 18 veces más eficiente energéticamente que la forma en que se cultiva típicamente con azúcar extraída del maíz.
También se investigó el potencial de emplear esta tecnología para cultivar plantas. El caupí, el tomate, el tabaco, el arroz, la canola y el guisante verde pudieron utilizar el carbono del acetato cuando se cultivaron en la oscuridad.
Al liberar a la agricultura de la dependencia total del sol, la fotosíntesis artificial abre la puerta a innumerables posibilidades para cultivar alimentos en las condiciones cada vez más difíciles impuestas por el cambio climático antropogénico.
Las sequías, las inundaciones y la disponibilidad reducida de tierras serían una amenaza menor para la seguridad alimentaria mundial si los cultivos para humanos y animales crecieran en entornos controlados que requieren menos recursos.
Los alimentos también podrían cultivarse en ciudades y otras áreas que actualmente no son aptas para la agricultura, e incluso proporcionar alimentos para futuros exploradores espaciales.
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