16 август 2022
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Проект за изкуствена фотосинтеза спечели награда на НАСА

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 07 юли 2022 в 00:01 17290
Растения, растящи в пълна тъмнина в ацетатна среда. Кредит: Marcus Harland-Dunaway/UCR

Процесът на превръщане на водата, въглеродния диоксид и слънчевата светлина в кислород и енергия помага на растенията да растат естествено – и това е процес, който учените търсят да използват и адаптират, за да произвеждат храна, гориво и други неща.

В ново проучване изследователи очертават експериментална техника за изкуствена фотосинтеза, която използва двуетапен електрокаталитичен процес за превръщане на въглероден диоксид, вода и електричество, генерирано от слънчеви панели, в ацетат (основен компонент на оцета). След това организмите, произвеждащи храна, консумират ацетат на тъмно и растат.

Всъщност системата, която изследователите са проектирали, има за цел не само да имитира фотосинтезата, която се случва в природата, но и да я подобри – в растенията само около 1 процент от енергията на слънчевата светлина всъщност се превръща в растителна биомаса.

В комбинация със слънчеви панели за генериране на електричество за захранване на електрокатализата, тази хибридна органично-неорганична система може да увеличи ефективността на преобразуване на слънчевата светлина в храна, до 18 пъти по-ефективно за някои храни.

„С нашия подход се опитахме да намерим нов начин за производство на храна, който би могъл да преодолее границите, обикновено наложени от биологичната фотосинтеза“, разказва инженерът по химия и околна среда Робърт Джинкерсън (Robert Jinkerson) от Калифорнийския университет, Ривърсайд.

Схема на технологията на изследователите. Кредит: Hann et al, Nature Food 2022

Устройството за преобразуване на електричество или електролизаторът, разработен от изследователите, е трябвало да бъде специално оптимизиран, за да действа като двигател на растежа на организмите, произвеждащи храна, което отчасти означаваше увеличаване на количеството ацетат и намаляване на количеството произведена сол.

Допълнителните експерименти на екипа показват, че полученият богат на ацетат продукт може да поддържа различни организми, включително зелени водорасли, дрожди и мицел, който произвежда гъби. За сравнение, производството на водорасли е около четири пъти по-енергийно ефективно при този метод в сравнение с естествената фотосинтеза.

Доматите, тютюнът, оризът, рапицата и зеленият грах са успели да използват въглерода в ацетата и да растат без слънчева светлина, показват учените. Процесът може да се използва както в допълнение към нормалната фотосинтеза, така и вместо нея.

„Успяхме да отгледаме организми, произвеждащи храна, без никакъв принос от биологична фотосинтеза. Обикновено тези организми се култивират върху захари, получени от растения или суровини, получени от петрол, който е продукт на биологична фотосинтеза, случила се преди милиони години. Тази технология е по-ефективен метод за превръщане на слънчевата енергия в храна в сравнение с производството на храна, което разчита на биологична фотосинтеза“, разказва Елизабет Хан (Elizabeth Hann), докторант в лабораторията на Джинкерсън и съавтор на изследването.

Растения, израснали в пълна тъмнина в ацетатна среда. Кредит: Marcus Harland-Dunaway/UCR

„Открихме, че широк набор от култури могат да приемат предоставения от нас ацетат и да го вградят в основните молекулярни градивни елементи, от които един организъм се нуждае, за да расте и да процъфтява“, обяснява Маркъс Харланд-Дънауей (Marcus Harland-Dunaway), ботаник от Калифорнийския университет, Ривърсайд.

„С известно култивиране и инженеринг, върху които работим в момента, може да успеем да отглеждаме култури с ацетат като допълнителен източник на енергия за повишаване на добивите.“

Описаният процес е толкова впечатляващ, че е един от победителите в конкурса на НАСА Deep Space Food Challenge - демонстрация на нововъзникващи технологии, които един ден биха могли да помогнат за отглеждането на храна в космоса.

Не само в космоса изкуствената фотосинтеза може да отбележи драстична промяна в производството на храни. Климатичната криза означава, че екстремните температури, сушата, наводненията и други заплахи за стандартните земеделски практики стават все по-чести.

Процеси като този биха могли да помогнат да се направи производството на храни по-устойчиво и някои култури да могат да се отглеждат на повече места – в повече градски райони, може би.

„Използването на методите на изкуствената фотосинтеза за производство на храна може да промени парадигмата за това как храним хората“, коментира Джинкерсън. „Увеличаването на ефективността на производството на храни води до нуждата от по-малко земя, което намалява въздействието на селското стопанство върху околната среда.“

„А за селското стопанство в нетрадиционни среди, като космическото пространство, повишената енергийна ефективност може да помогне за изхранването на повече членове на екипажа с по-малко ресурси.“

Справка: Hann, E.C., Overa, S., Harland-Dunaway, M. et al. A hybrid inorganic–biological artificial photosynthesis system for energy-efficient food production. Nat Food 3, 461–471 (2022). https://doi.org/10.1038/s43016-022-00530-x

Източник:

NASA Prize-Winning Experiment Could Be The Future of Artificial Photosynthesis
DAVID NIELD, ScienceAlert

Artificial photosynthesis can produce food without sunshine, UC Riverside


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.