آزمایش فتوسنتز مصنوعی برای افزایش تولید غذا

میلیون‌ها سال است که روش فتوسنتز در گیاهان آب، دی‌اکسید کربن و انرژی نور خورشید را به زیست توده گیاهی و غذاهایی که می‌خوریم تبدیل می‌کند. 
با این حال، این فرایند بسیار ناکارآمد است و تنها حدود یک‌درصد از انرژی موجود در نور خورشید به گیاه ختم می‌شود. به گزارش فیز، دانشمندان دانشگاه دلاوار راهی برای دور زدن نیاز به فتوسنتز بیولوژیکی و ایجاد غذای مستقل از نور خورشید با استفاده از فتوسنتز مصنوعی پیدا کرده‌اند.
این تحقیق که در مجله نیچر منتشر شده است، از یک فرایند الکتروکاتالیستی 2مرحله‌ای برای تبدیل دی‌اکسیدکربن، الکتریسیته و آب به استات که شکل جزء اصلی سرکه است، استفاده می‌کند. سپس ارگانیسم‌های تولیدکننده غذا برای رشد استات را در تاریکی مصرف می‌کنند. این سیستم ترکیبی آلی‌معدنی ترکیبی با پنل‌های خورشیدی برای تولید الکتریسیته برای تامین انرژی الکتروکاتالیزور می‌تواند بازده تبدیل نور خورشید به غذا را افزایش دهد که برای برخی غذاها تا 18برابر کارآمدتر است. رابرت جینکرسون، نویسنده مقاله و استادیار مهندسی شیمی و محیط‌زیست دانشگاه ریورساید، می‌گوید: ما به‌ دنبال شناسایی روش جدیدی برای تولید مواد غذایی بودیم که می‌تواند از محدودیت‌های معمول فتوسنتز بیولوژیکی عبور کند.
برای ترکیب تمام اجزای سیستم با هم، خروجی الکترولیز برای حمایت از رشد ارگانیسم‌های تولید‌کننده غذا بهینه شد. الکترولیزها دستگاه‌هایی هستند که از الکتریسیته برای تبدیل مواد خام مانند دی‌اکسید کربن به مولکول‌ها و محصولات مفید استفاده می‌کنند. مقدار استات تولید شده افزایش یافته درحالی‌که میزان نمک مصرفی کاهش یافته است و در نتیجه بالاترین سطح استات تولید شده در الکترولیز تا به امروز بوده است. فنگ جیائو نویسنده این مقاله از دانشگاه دلاوار می‌گوید: با استفاده از پیشرفته‌ترین راه‌اندازی الکترولیز CO2 دومرحله‌ای که در آزمایشگاه ما ایجاد شده است، توانستیم به گزینش‌پذیری بالایی نسبت به استات دست یابیم که از طریق روش الکترولیز CO2 معمولی قابل دسترسی نیست. آزمایش‌‌ها نشان داد که طیف وسیعی از ارگانیسم‌های تولیدکننده غذا را می‌توان در تاریکی مستقیما روی خروجی الکترولیز غنی از استات، ازجمله جلبک‌های سبز، مخمرها و میسلیوم‌های قارچی که قارچ تولید می‌کنند، رشد داد.
تولید جلبک با این فناوری تقریبا 4برابر بیشتر از رشد آن به روش فتوسنتزی انرژی ذخیره می‌کند. تولید مخمر نیز تقریبا 18برابر بیشتر از روشی که به‌طور معمول با استفاده از شکر استخراج شده از ذرت کشت می‌شود، در مصرف انرژی صرفه‌جویی می‌کند.