Биоинженери предложиха смел нов метод за производство на храни, който би могъл драстично да промени селското стопанство, потенциално да го направи по-ефективно, устойчиво и адаптивно към среди като космоса.
Наречена „електро-земеделие“, тази система ще замени традиционната фотосинтеза – процес, който преобразува само около 1% от абсорбираната светлинна енергия в химическа енергия в растенията – със слънчева реакция, която ефективно превръща въглеродния диоксид (CO2) в органична молекула, която растенията могат да използват като храна.
„Тъй като електроземеделието не зависи от климатичните условия и предлага по-голяма ефективност от традиционното земеделие, то може да служи като ценен метод за производство на допълнителна храна, когато е необходимо“, казва старшият автор Фън Джиао пред Interesting Engineering (IE).
„С глобалното изменение на климата, което засяга селското стопанство, иновативните технологии за производство на храни стават все по-жизненоважни за стабилизиране на хранителните пазари и подкрепа на нарастващото население.“
Революция в производството на храни
Фотосинтезата, процесът, който позволява живот на Земята чрез преобразуване на слънчевата светлина в химическа енергия в растенията, е известен с неефективността си.
Според изследователите само много малка част от слънчевата светлина, която растението абсорбира – около 1% – се трансформира в използваема енергия. Като се има предвид нарастващото търсене на храна, ограниченията на обработваемата земя и задаващата се климатична криза, подобряването на тази ефективност е от решаващо значение.
При електро–земеделието слънчевите панели ще се използват за захранване на химическа реакция между CO2 и вода, произвеждаща ацетат, молекула, свързана с оцетната киселина (основният компонент в оцета). Растенията ще бъдат генетично модифицирани да използват този ацетат като основен източник на енергия, вместо да разчитат на фотосинтеза.
Ако тази система бъде възприета в голям мащаб, тя може да намали земята, необходима за селско стопанство, с удивителните 94%, според оценките на изследователите.
Робърт Джинкерсън, биологичен инженер в Калифорнийския университет, Ривърсайд и автор на статията, вижда тази технология като огромен скок напред.
„Ако вече не е необходимо да отглеждаме растения със слънчева светлина, тогава можем да отделим селското стопанство от околната среда и да отглеждаме храна в затворени, контролирани среди“, обяснява той в прессъобщението.
Промяната може да премести селското стопанство във вертикални, многоетажни ферми на закрито, където слънчевата енергия се използва извън сградата, за да стимулира растежа на растенията вътре.
По-ефективен от фотосинтезата
В основата на тази иновация е усилието за подобряване на ефективността на процеса на преобразуване на енергия. Джиао отбелязва, че сегашната версия на електроземеделието постига около 4% ефективност – четири пъти по-висока от фотосинтезата.
„Тъй като всичко е по-ефективно с този метод, CO2 отпечатъкът, свързан с производството на храната, става много по-малък“, посочва Джиао, подчертавайки ползите за околната среда.
Този подход има потенциала да се справи с някои от неефективностите, които тормозят традиционното земеделие, като огромните количества вода, торове и земя, необходими за отглеждане на култури.
Електрическото земеделие ще произвежда храна в контролирана вътрешна среда, което ще позволи по-прецизно управление на ресурсите и ще намали въздействието на земеделието върху околната среда.
Освен това може да смекчи въздействието на изменението на климата чрез отделяне на производството на храни от климатичните модели и сезонните промени.
Науката зад растенията, които се хранят с ацетат
За да постигнат тази визия, изследователите работят върху реинженеринг на растенията, за да ги накарат да се хранят с ацетат. Растенията естествено имат метаболитен път, който им позволява да разграждат храната, съхранявана в техните семена по време на покълването.
Този път се дезактивира, след като растението започне да използва фотосинтеза. Екипът по биоинженерство има за цел да реактивира този процес в зрели растения, за да могат да използват ацетата като източник на енергия.
Докато първоначалното изследване на екипа е фокусирано върху доматите и марулята, те планират да го разширят до висококалорични основни култури като маниока, сладки картофи и зърнени храни.
Досега те са проектирали растения, които могат да използват ацетат в комбинация с фотосинтеза, но крайната цел е да създадат растения, които разчитат изцяло на ацетат за енергия, елиминирайки необходимостта от светлина като цяло.
Докато изследванията върху растенията са все още в ранен етап, други организми, като гъби, дрожди и водорасли, вече естествено използват ацетат като източник на енергия. Това означава, че технологията може да бъде комерсиално приложена към тези организми, произвеждащи храна, много по-рано.
„Успешно произведохме гъби изцяло от ацетат, получен от CO2. Тези гъби изглеждат и имат вкус точно като традиционните гъби, без забележими разлики. Други хранителни продукти все още са в процес на разработка, но се очаква да имат подобен вкус на конвенционалните варианти“, казва Джиао за IE.
Изследването е публикувано в Joule.
Източник: InterestingEngineering
