تجربة حائزة على جائزة ناسا هي مستقبل التمثيل الضوئي الاصطناعي

تجربة حائزة على جائزة ناسا هي مستقبل التمثيل الضوئي الاصطناعي

التمثيل الضوئي الاصطناعي

تساعد عملية تحويل الماء وثاني أكسيد الكربون وضوء الشمس إلى أكسجين وطاقة النباتات على النمو بشكل طبيعي - وهي عملية يتطلع العلماء إلى تسخيرها والتكيف معها لإنتاج الغذاء والوقود وغير ذلك.

في دراسة جديدة ، حدد العلماء تقنية تجريبية للتمثيل الضوئي الاصطناعي ، والتي تنشر عملية تحفيز كهربائي من خطوتين لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء والكهرباء المولدة من الألواح الشمسية إلى أسيتات (المكون الرئيسي للخل). يمكن بعد ذلك تسخير هذه الأسيتات بواسطة النباتات من أجل النمو.

في الواقع ، فإن النظام الذي صممه الباحثون هنا لا يهدف فقط إلى محاكاة التمثيل الضوئي الذي يحدث في الطبيعة ، ولكن في الواقع لتحسينه - في النباتات ، يتم تحويل حوالي 1 بالمائة فقط من طاقة ضوء الشمس إلى كتلة حيوية نباتية ، بينما هنا يمكن مضاعفة الكفاءة بنحو أربعة أضعاف.

الخطوط العريضة لتقنية الباحثين.

يقول المهندس الكيميائي والبيئي روبرت جينكرسون  من جامعة كاليفورنيا ، ريفرسايد : سعينا من خلال نهجنا إلى تحديد طريقة جديدة لإنتاج الطعام يمكن أن تتخطى الحدود التي تفرضها عادةً عملية التمثيل الضوئي البيولوجي .

كان لابد من تحسين جهاز تحويل الكهرباء أو المحلل الكهربائي الذي طوره الباحثون بشكل خاص ليكون بمثابة محرك نمو للكائنات المنتجة للغذاء ، وهو ما يعني جزئيًا زيادة كمية الأسيتات وتقليل كمية الملح المنتج.

أظهرت التجارب الإضافية التي أجراها الفريق أن ناتج المحلل الكهربائي الغني بالأسيتات يمكن أن يدعم مجموعة متنوعة من الكائنات الحية ، بما في ذلك الطحالب الخضراء والخميرة والميسيليوم ، التي تنتج الفطر. لإعطائك مقارنة ، فإن إنتاج الطحالب أكثر كفاءة في استخدام الطاقة بأربعة أضعاف باستخدام هذه الطريقة مقارنةً بالبناء الضوئي الطبيعي.

أظهر العلماء أن محاصيل اللوبيا والطماطم والتبغ والأرز والكانولا والبازلاء الخضراء كانت جميعها قادرة على الاستفادة من الكربون الموجود في الأسيتات والنمو دون ضوء الشمس. يمكن استخدام العملية بالإضافة إلى التمثيل الضوئي العادي ، وكذلك بدلاً من ذلك.

تنمو النباتات في الظلام الدامس في وسط خلات.

يقول ماركوس هارلاند دونواي ، عالم النبات وعالم النبات من جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد : لقد وجدنا أن مجموعة كبيرة من المحاصيل يمكن أن تأخذ الأسيتات التي قدمناها وتبنيها في اللبنات الجزيئية الرئيسية التي يحتاجها الكائن الحي للنمو والازدهار .

مع بعض التربية والهندسة التي نعمل عليها حاليًا ، قد نتمكن من زراعة المحاصيل باستخدام الأسيتات كمصدر إضافي للطاقة لزيادة غلة المحاصيل

العملية الموضحة هنا مثيرة للإعجاب للغاية لدرجة أنها أحد الفائزين في تحدي الغذاء في الفضاء السحيق التابع لوكالة ناسا ، وهو عرض للتكنولوجيا الناشئة التي يمكن أن تساعد يومًا ما في زراعة الطعام في الفضاء: تخيل أن تكون قادرًا على زراعة المحاصيل داخل المخابئ الموجودة تحت الأرض على سطح المريخ ، نموذج.

لا يقتصر الأمر على الفضاء حيث يمكن أن يمثل التمثيل الضوئي الاصطناعي تغييرًا جذريًا في إنتاج الغذاء. تعني أزمة المناخ أن درجات الحرارة الشديدة والجفاف والفيضانات والتهديدات الأخرى للممارسات الزراعية القياسية أصبحت أكثر شيوعًا.

في حين أن مثل هذه العمليات ليست عذراً لعدم معالجة تغير المناخ ، فإنها يمكن أن تساعد في جعل إنتاج الغذاء أكثر مرونة ، وتعني أنه يمكن زراعة المحاصيل في أماكن أكثر - في مناطق حضرية أكثر ، ربما.

يقول جينكرسون: يمكن أن يكون استخدام مناهج التمثيل الضوئي الاصطناعي لإنتاج الغذاء نقلة نوعية لكيفية إطعام الناس . من خلال زيادة كفاءة إنتاج الغذاء ، هناك حاجة إلى مساحة أقل من الأراضي ، وتقليل تأثير الزراعة على البيئة.

وبالنسبة للزراعة في البيئات غير التقليدية ، مثل الفضاء الخارجي ، يمكن لزيادة كفاءة الطاقة أن تساعد في إطعام المزيد من أفراد الطاقم بمدخلات أقل.