Việc trồng cây không cần ánh sáng mặt trời giúp tương lai con người có thể tạo một nông trại cung cấp thực phẩm lâu dài ngoài không gian.
Quang hợp có thể được coi là một trong những siêu năng lực của tự nhiên, nhưng nó kém hiệu quả một cách đáng ngạc nhiên, chỉ khoảng 1% năng lượng được tìm thấy trong ánh sáng mặt trời tạo ra nó bên trong cây.
Giờ đây, các nhà khoa học tại UC Riverside và Đại học Delaware cho biết họ đã tìm ra một phương pháp để loại bỏ nhu cầu quang hợp sinh học, cho phép chúng tạo ra thức ăn mà không cần ánh sáng mặt trời thông qua quang hợp nhân tạo.
Các nhà nghiên cứu, người đã công bố phát hiện của họ trên tạp chí Nature Food, đã sử dụng quy trình điện xúc tác hai bước để chuyển đổi carbon dioxide, điện và nước thành axetat, là thành phần chính trong giấm.
Sau đó, họ bôi axetat lên các sinh vật sản xuất thực phẩm trong bóng tối, khiến những sinh vật này phát triển. Phương pháp của họ có thể cung cấp một giải pháp thay thế tăng trưởng lương thực rất cần thiết khi đối mặt với cuộc khủng hoảng khí hậu thảm khốc.
Quang hợp nhân tạo: Nuôi trồng thực phẩm không cần ánh sáng mặt trời
Mặc dù các nhà nghiên cứu UC Riverside nhấn mạnh thực tế rằng phương pháp của họ không cần ánh sáng mặt trời, nhưng họ chỉ ra rằng nó có thể hoạt động cực kỳ hiệu quả cùng với năng lượng mặt trời tái tạo. Điều thú vị là họ nói rằng họ có thể kết hợp phương pháp của mình với các tấm pin mặt trời để tạo ra lượng điện cần thiết để cung cấp năng lượng cho quá trình điện phân. Điều này sẽ làm tăng hiệu suất chuyển hóa ánh sáng mặt trời thành thức ăn lên đến 18 lần so với một số loại thực phẩm.
Điều đó có nghĩa là phương pháp này có thể sử dụng ánh sáng mặt trời, mặc dù nó không phụ thuộc vào năng lượng của Mặt trời và nó cũng có thể hoạt động bằng cách sử dụng các hình thức phát điện khác.
“Với cách tiếp cận của mình, chúng tôi đã tìm cách xác định một phương pháp sản xuất thực phẩm mới có thể vượt qua các giới hạn mà quá trình quang hợp sinh học thường áp đặt”, tác giả tương ứng Robert Jinkerson, trợ lý giáo sư về kỹ thuật hóa học và môi trường của UC Riverside, cho biết trong tuyên bố.
Trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng có thể tạo ra nhiều loại thức ăn trong bóng tối bằng phương pháp của họ, bao gồm tảo lục, nấm men và sợi nấm tạo ra nấm. Theo phát hiện của họ, việc trồng nấm men bằng phương pháp của họ tiết kiệm năng lượng hơn 18 lần so với cách trồng thông thường bằng cách chiết xuất đường từ ngô.
“Chúng tôi có thể phát triển các sinh vật sản xuất thực phẩm mà không cần bất kỳ sự đóng góp nào của quá trình quang hợp sinh học. Thông thường, những sinh vật này được nuôi trồng trên đường có nguồn gốc từ thực vật hoặc nguyên liệu đầu vào có nguồn gốc từ dầu mỏ – là sản phẩm của quá trình quang hợp sinh học diễn ra hàng triệu năm trước. Điều này Elizabeth Hann, một ứng cử viên tiến sĩ tại Jinkerson Lab và đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết công nghệ là một phương pháp hiệu quả hơn để biến năng lượng mặt trời thành thực phẩm so với sản xuất thực phẩm dựa vào quang hợp sinh học.
Biến đổi khí hậu và khám phá không gian đòi hỏi các lựa chọn thay thế tăng trưởng lương thực quan trọng
Các nhà nghiên cứu cũng tối ưu hóa máy điện phân của họ để tạo ra mức axetat cao nhất từng được tạo ra trong máy điện phân cho đến nay. Hơn nữa, họ phát hiện ra rằng các loại cây trồng, bao gồm đậu đũa, cà chua, gạo, đậu xanh và thuốc lá, tất cả đều có khả năng phát triển trong bóng tối bằng cách sử dụng carbon từ axetat. Thậm chí có khả năng axetat có thể cải thiện năng suất cây trồng, mặc dù cần phải nghiên cứu thêm.
Các nhà nghiên cứu tin rằng bằng cách giảm sự phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời trực tiếp, quang hợp nhân tạo có thể cung cấp một giải pháp thay thế quan trọng cho tăng trưởng lương thực trong những năm tới, khi thế giới thích nghi với những tác động tồi tệ nhất của biến đổi khí hậu – bao gồm hạn hán, lũ lụt và giảm khả năng cung cấp đất. “Sử dụng phương pháp quang hợp nhân tạo để sản xuất thực phẩm có thể là một sự thay đổi mô hình về cách chúng ta cung cấp thức ăn cho con người. Bằng cách tăng hiệu quả sản xuất lương thực, cần ít đất hơn, giảm bớt tác động của nông nghiệp đối với môi trường. Và đối với nông nghiệp trong môi trường phi truyền thống, giống như ngoài không gian, hiệu suất năng lượng tăng lên có thể giúp cung cấp cho nhiều thành viên phi hành đoàn hơn với ít đầu vào hơn, “Jinkerson giải thích.
Trên thực tế, nhóm UC Riverside đã chiến thắng Giai đoạn I trong Thử thách Thức ăn Không gian Sâu của NASA . Như đồng tác giả Martha Orozco-C árdenas đã nói, “hãy tưởng tượng một ngày nào đó những con tàu khổng lồ trồng cây cà chua trong bóng tối và trên sao Hỏa – điều đó sẽ dễ dàng hơn bao nhiêu đối với người sao Hỏa trong tương lai?”
Nguồn: interestingengineering
