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Los científicos han creado un método de fotosíntesis artificial para cultivar plantas sin luz solar en un avance que podría conducir a nuevas formas de cultivar alimentos en la Tierra – y posiblemente un día en Marte.
A lo largo de millones de años de evolución, la fotosíntesis se ha desarrollado en las plantas como una forma de convertir el agua, el dióxido de carbono y la energía de la luz solar en biomasa vegetal y en los alimentos que comemos.
Pero los investigadores, incluidos los de la Universidad de California en Riverside (EE.UU.), afirman que este proceso natural es ineficaz, ya que sólo un 1% de la energía de la luz solar acaba en la planta.
Actualmente están evaluando formas de producir cultivos como el caupí, el tomate, el tabaco, el arroz, la colza y el guisante verde que utilizan el carbono del acetato cuando se cultivan en la oscuridad.
“Imagínese algún día naves gigantes que cultiven plantas de tomate en la oscuridad y en Marte: ¿cuánto más fácil sería para los futuros marcianos?”, dijo Martha Orozco-Cárdenas, directora del Centro de Investigación de Transformación de Plantas de la UC Riverside.
Un nuevo estudio publicado en la revista Nature Food la semana pasada reveló cómo los científicos encontraron una forma de crear alimentos independientemente de la luz solar utilizando la fotosíntesis artificial.
Los investigadores utilizaron un proceso químico de dos pasos para convertir el dióxido de carbono, la electricidad y el agua en acetato, una forma del componente principal del vinagre.
Los organismos productores de alimentos consumieron entonces el acetato para crecer en la oscuridad, dijeron.
Mediante el uso de paneles solares para generar electricidad para alimentar la reacción química, los científicos dijeron que el sistema podría aumentar la eficiencia de conversión de la luz solar en alimentos y hacerla hasta 18 veces más eficiente para algunos alimentos.
Utilizaron electrolizadores o dispositivos que utilizan la electricidad para convertir materias primas como el dióxido de carbono en moléculas y productos útiles.
A continuación, los científicos optimizaron el rendimiento de los electrolizadores para favorecer el crecimiento de los organismos productores de alimentos e integraron todos los componentes del sistema.
Con el nuevo sistema, los investigadores pudieron aumentar la cantidad de acetato al tiempo que disminuían la cantidad de sal, lo que condujo a los niveles más altos de acetato que los primeros habían producido en un electrolizador hasta la fecha.
“Con nuestro enfoque buscamos identificar una nueva forma de producir alimentos que pudiera romper los límites normalmente impuestos por la fotosíntesis biológica”, dijo en un comunicado el autor correspondiente del estudio, Robert Jinkerson, de la UC Riverside.
“Utilizando una configuración de electrólisis de CO2 en tándem de última generación desarrollada en nuestro laboratorio, fuimos capaces de lograr una alta selectividad hacia el acetato que no se puede acceder a través de las rutas convencionales de electrólisis de CO2”, dijo Feng Jiao, otro coautor del estudio de la Universidad de Delaware.
Según los investigadores, es posible cultivar en la oscuridad una amplia gama de organismos productores de alimentos, como algas verdes, levaduras y micelios de hongos que producen setas, directamente en la salida del electrolizador rica en acetato.
Dijeron que la producción de algas mediante esta tecnología es unas cuatro veces más eficiente desde el punto de vista energético que su cultivo convencional mediante la fotosíntesis natural, y la producción de levadura es casi 18 veces más eficiente que su cultivo habitual.
“Fuimos capaces de cultivar organismos productores de alimentos sin ninguna contribución de la fotosíntesis biológica. Normalmente, estos organismos se cultivan con azúcares derivados de las plantas o insumos derivados del petróleo, que es un producto de la fotosíntesis biológica que tuvo lugar hace millones de años”, dijo Elizabeth Hann, coautora del estudio.
“Esta tecnología es un método más eficiente para convertir la energía solar en alimentos, en comparación con la producción de alimentos que depende de la fotosíntesis biológica”, dijo la Dra. Hann.
Los investigadores dijeron que una amplia gama de cultivos puede tomar el acetato producido y convertirlo en los principales bloques moleculares necesarios para que los organismos crezcan y prosperen.
Según los científicos, la combinación de este método con los sistemas existentes de producción de energía a partir de la luz solar “puede multiplicar por cuatro la eficacia de la conversión de energía solar en alimentos” con respecto a la fotosíntesis natural, y añadieron que la tecnología permitía “reimaginar la forma de producir alimentos en entornos controlados”.
Los científicos afirmaron que liberar la dependencia de los cultivos del sol y producirlos mediante fotosíntesis artificial puede abrir las puertas a la producción de alimentos en las condiciones cada vez más difíciles impuestas por la crisis climática provocada por el hombre y sus consiguientes problemas de seguridad alimentaria.
“El uso de enfoques de fotosíntesis artificial para producir alimentos podría suponer un cambio de paradigma en la forma de alimentar a la gente. PorAl aumentar la eficiencia de la producción de alimentos, se necesita menos tierra, lo que disminuye el impacto de la agricultura en el medio ambiente”, dijo el Dr. Jinkerson.
“Y para la agricultura en entornos no tradicionales, como el espacio exterior, el aumento de la eficiencia energética podría ayudar a alimentar a más miembros de la tripulación con menos insumos”, añadió.
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