• Haziran 27, 2022

Yapay fotosentez ile güneş olmadan gıda üretimi mümkün olabilir

Yapay fotosentez ile güneş olmadan gıda üretimi mümkün olabilir

Biyolojide yeni bir atılım… Yapay fotosentez yöntemiyle tamamen karanlıkta yiyecek üretilebilir. Yöntem, iklim krizi karşısında çok ihtiyaç duyulan bir gıda yetiştirme alternatifi sağlayabilir.

Bilim insanları güneş ışığı olmadan yiyecek yetiştirilmesine imkan sağlayacak yeni bir yöntem buldu.

Yapay fotosentez araştırmacılar tarafından, gıda üretimini Dünya’da ve belki de gelecekte bir gün Mars’ta daha verimli hale getirmeye yardımcı olmak için geliştiriliyor.

Milyonlarca yıldır bitkilerde su, karbondioksit ve güneş ışığından gelen enerjiyi bitki biyokütlesine ve yediğimiz gıdalara dönüştürmek için fotosentez gelişti. Ancak güneş ışığında bulunan enerjinin sadece %1’inin bitkide bulunmasıyla bu süreç çok verimsizdir.

California Üniversitesi, Riverside ve Delaware Üniversitesi‘ndeki araştırmacılar, biyolojik fotosentez ihtiyacını tamamen ortadan kaldırmanın ve yapay fotosentez kullanarak güneş ışığından bağımsız gıda oluşturmanın bir yolunu buldular.

Nature Food dergisinde yayınlanan yeni araştırma, sirkenin ana bileşeni olan karbondioksit, elektrik ve suyu asetata dönüştürmek için iki aşamalı bir elektrokatalitik süreç kullanıyor. Daha sonra bilim insanları asetatı karanlıkta gıda üreten organizmalara uygulayarak bu organizmaların büyümesini sağladılar.

Elektrokatalize güç sağlamak için elektrik üretmek amacıyla güneş panelleri ile birlikte bu hibrit organik-inorganik sistem, güneş ışığının gıdaya dönüşüm verimliliğini, bazı gıdalar için 18 kata kadar daha verimli hale getirebilir.

UC Riverside’dan kimya ve çevre mühendisliği doçenti Robert Jinkerson, “Yaklaşımımızla, normalde biyolojik fotosentezin dayattığı sınırları aşabilecek yeni bir gıda üretme yolu belirlemeye çalıştık” dedi.

Sistemin tüm bileşenlerini bir araya getirmek için elektrolizörün çıktısı, gıda üreten organizmaların büyümesini desteklemek üzere optimize edildi. Elektrolizörler, karbondioksit gibi ham maddeleri faydalı moleküllere ve ürünlere dönüştürmek için elektrik kullanan cihazlardır.

Kullanılan tuz miktarı azaltılırken üretilen asetat miktarı artırıldı, bu da bugüne kadar bir elektrolizörde üretilen en yüksek asetat seviyelerine yol açtı.

Delaware Üniversitesi’nden Feng Jiao, “Laboratuvarımızda geliştirilen son teknoloji iki aşamalı tandem CO2 elektroliz kurulumunu kullanarak, asetata karşı geleneksel CO2 elektroliz yollarıyla erişilemeyen yüksek bir seçicilik elde edebildik ” dedi.

Deneyler, yeşil algler, maya ve mantar üreten mantar miselyumu da dahil olmak üzere, çok çeşitli gıda üreten organizmaların, karanlıkta doğrudan asetat bakımından zengin elektrolizör çıktısında yetiştirilebileceğini gösterdi.

Bu teknoloji ile alg üretmek, fotosentetik olarak yetiştirmekten yaklaşık dört kat daha fazla enerji verimlidir. Maya üretimi, tipik olarak mısırdan ekstrakte edilen şeker kullanılarak yetiştirildiğinden yaklaşık 18 kat daha fazla enerji verimlidir.

Jiao, “Biyolojik fotosentezden herhangi bir katkı olmadan gıda üreten organizmalar yetiştirebildik. Tipik olarak, bu organizmalar, bitkilerden elde edilen şekerler veya milyonlarca yıl önce gerçekleşen biyolojik fotosentezin bir ürünü olan petrolden elde edilen girdiler üzerinde yetiştirilir. Bu teknoloji, biyolojik fotosenteze dayanan gıda üretimine kıyasla güneş enerjisini yiyeceğe dönüştürmek için daha verimli bir yöntem” dedi.

Araştırmacılar ayrıca bugüne kadar bir elektrolizörde üretilen en yüksek asetat seviyelerini üretmek için elektrolizörlerini optimize ettiler. Dahası, börülce, domates, pirinç, yeşil bezelye ve tütün de dahil olmak üzere ekin bitkilerinin hepsinin, asetattan gelen karbon kullanılarak karanlıkta yetiştirilme potansiyeline sahip olduğunu buldular. Daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulmasına rağmen, asetatın mahsul verimini artırma olasılığı bile var.

Geniş bir ürün yelpazesinin sağladıkları asetatı alabileceğini ve onu bir organizmanın büyümesi ve gelişmesi için ihtiyaç duyduğu ana moleküler yapı taşlarına yerleştirebileceğini bulduklarını belirten araştırmacılar, “Şu anda üzerinde çalıştığımız bazı ıslah ve mühendislik çalışmalarıyla, mahsul verimini artırmak için ekstra bir enerji kaynağı olarak asetat ile mahsul yetiştirebiliriz” diyor.

Yapay fotosentez, tarımı güneşe tamamen bağımlı olmaktan kurtararak, antropojenik iklim değişikliğinin dayattığı giderek zorlaşan koşullar altında gıda yetiştirmek için sayısız olasılığa kapı açıyor.

Kuraklık, sel ve azalan arazi mevcudiyeti, insanlar ve hayvanlar için mahsuller daha az kaynak yoğun, kontrollü ortamlarda yetişirse, küresel gıda güvenliği için daha az tehdit olacaktır. Mahsuller ayrıca şehirlerde ve şu anda tarım için uygun olmayan diğer alanlarda yetiştirilebilir ve hatta gelecekteki uzay kaşifleri için yiyecek sağlayabilir.