Od milionów lat fotosynteza pozwala roślinom na przekształcanie wody, dwutlenku węgla za pomocą energii ze światła słonecznego w biomasę roślinną i żywność, którą spożywamy. Jednak proces ten jest bardzo nieefektywny, ponieważ tylko około 1 proc. energii znajdującej się w świetle słonecznym trafia do rośliny. Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside i Uniwersytetu w Delaware znaleźli jednak sposób na całkowite ominięcie fotosyntezy biologicznej i stworzenie żywności niezależnej od światła słonecznego za pomocą sztucznej fotosyntezy.

Nowe badania, opublikowane w czasopiśmie naukowym „Nature Food”, wykorzystują dwuetapowy proces elektrokatalityczny do przekształcania dwutlenku węgla, elektryczności i wody w octan, który jest głównym składnikiem octu. Organizmy produkujące żywność następnie zużywają octan w całkowitej ciemności, aby rosnąć. W połączeniu z panelami słonecznymi generującymi energię elektryczną do elektrokatalizy, ten hybrydowy system organiczno-nieorganiczny może gwałtownie zwiększyć wydajność produkcji żywność.

Eksperymenty wykazały, że wiele roślin można z powodzeniem hodować w ciemności, w tym zielone algi, drożdże i grzybnię wielu jadalnych odmian grzybów. Produkcja glonów za pomocą tej technologii jest mniej więcej czterokrotnie bardziej wydajna niż ich uprawa fotosyntetyczna. Produkcja drożdży jest około 18-krotnie bardziej efektywna niż typowa uprawa przy użyciu cukru pozyskiwanego z kukurydzy.

Czytaj więcej

Polacy mają pomysł na uprawę roślin na Marsie

Naukowcy przekonują, że dzięki nowej technologii będzie można wyhodować organizmy produkujące żywność bez udziału fotosyntezy biologicznej. Zazwyczaj organizmy te hoduje się na cukrach pochodzących z roślin lub surowcach pochodzących z ropy naftowej, która jest produktem biologicznej fotosyntezy, która miała miejsce miliony lat temu. Zbadano również możliwość zastosowania tej technologii do hodowli roślin uprawnych. Groszek zwyczajny, pomidor, tytoń, ryż, rzepak i zielony groszek były w stanie wykorzystać węgiel z octanu, gdy były hodowane w całkowitej ciemności.

Uwalniając rolnictwo od całkowitej zależności od słońca, sztuczna fotosynteza otwiera drzwi do niezliczonych możliwości uprawy żywności w coraz trudniejszych warunkach zmian klimatycznych na Ziemi. Susza, powodzie i ograniczona dostępność do uprawnych gruntów byłyby mniejszym zagrożeniem dla globalnego bezpieczeństwa żywnościowego, gdyby uprawy przeznaczone dla ludzi i zwierząt rosły w mniej zasobożernych, kontrolowanych środowiskach.

Rośliny można byłoby również uprawiać w miastach i innych obszarach, które obecnie nie nadają się do uprawy. Nowa technologia pozwoli także nakarmić kosmonautów oraz kolonizatorów innych planet. Odkrycie amerykański naukowców zostało złożone do programu NASA Deep Space Food Challenge, gdzie zwyciężyło w pierwszej fazie. Deep Space Food Challenge to międzynarodowy konkurs, w którym nagradzane są projekty tworzące nowatorskie technologie produkcji żywności, które wymagają minimalnych nakładów i umożliwiają hodowlę bezpieczne, smacznej i pożywnej żywności podczas długich misji kosmicznych. Zdaniem amerykańskiego zespołu ich odkrycie pozwoli hodować nawet prawdziwe pomidory na Marcie, w całkowitej ciemności.