|
 Đang trực tuyến :
23 |
|
 Số lượt truy cập :
33261579 |
|
|
|
|
|
Quang hợp nhân tạo có thể tạo ra thực phẩm mà không cần ánh nắng mặt trời
Thứ ba, 28-06-2022 | 07:57:48
|
|
Cây cải dầu trong bóng tối (ảnh stock). Nguồn: © Friedemeier / stock.adobe.com
Các nhà khoa học đã tìm ra một phương cách nhân tạo cần thiết đối với quang hợp sinh học và tạo ra thức ăn không phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời bằng cách sử dụng quang hợp nhân tạo. Công nghệ sử dụng quy trình điện xúc tác hai bước để chuyển đổi carbon dioxide, điện và nước thành axetat. Các sinh vật sản xuất thức ăn sau đó tiêu thụ axetat trong điều kiện bóng tối để sinh trưởng. Hệ thống kết hợp vô cơ - hữu cơ có thể tăng hiệu suất chuyển hóa ánh sáng mặt trời thành thức ăn, hiệu quả này có thể tăng lớn hơn 18 lần đối với một số loại thức ăn.
Quá trình quang hợp đã được tiến hóa trong thực vật hàng triệu năm để biến nước, carbon dioxide và năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành sinh khối thực vật và các loại thức ăn chúng ta tiêu thụ. Tuy nhiên, quá trình này rất kém hiệu quả, chỉ khoảng 1% năng lượng ánh sáng mặt trời được chuyển hóa trong cây trồng. Các nhà khoa học tại UC Riverside và Đại học Delaware đã tìm phương cách nhân tạo cần thiết đối với quang hợp sinh học và tạo ra thức ăn không phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời bằng cách sử dụng quang hợp nhân tạo.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Food sử dụng quy trình điện xúc tác hai bước để chuyển đổi carbon dioxide, điện và nước thành axetat, dạng thành phần chính của giấm. Các sinh vật sản xuất thức ăn sau đó tiêu thụ axetat trong điều kiện bóng tối để phát triển. Kết hợp các tấm pin mặt trời tạo ra điện để cung cấp năng lượng cho quá trình xúc tác điện, hệ thống kết hợp vô cơ - hữu cơ này có thể tăng hiệu suất chuyển hóa ánh sáng mặt trời thành thức ăn, hiệu quả hơn 18 lần đối với một số loại thức ăn.
Tác giả Robert Jinkerson, trợ lý giáo sư về kỹ thuật hóa học và môi trường của UC Riverside đã cho biết: “Chúng tôi đã tìm cách xác định một phương pháp sản xuất thức ăn mới có thể vượt qua các giới hạn thường được áp đặt bởi quá trình quang hợp sinh học”.
Để tích hợp tất cả các thành phần của hệ thống với nhau, đầu ra của máy điện phân đã được tối ưu hóa để hỗ trợ sự phát triển của các sinh vật sản xuất thức ăn. Máy điện phân là thiết bị sử dụng điện để chuyển đổi các nguyên liệu thô như carbon dioxide thành các phân tử và sản phẩm hữu ích. Lượng axetat được tạo ra đã tăng lên trong khi lượng muối sử dụng lại giảm đi, dẫn đến mức axetat cao nhất từng được tạo ra trong một máy điện phân cho đến nay.
“Sử dụng thiết lập điện phân CO2 song song hai bước hiện đại được phát triển trong phòng thí nghiệm, chúng tôi có thể đạt được độ chọn lọc cao đối với axetat không thể tiếp cận thông qua các đường điện phân CO2 thông thường”, đồng tác giả Feng Jiao tại Đại học Delaware cho biết.
Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng một loạt các sinh vật sản xuất thức ăn có thể được phát triển trong bóng tối trực tiếp trên đầu ra của máy điện phân giàu axetat, bao gồm tảo lục, nấm men và sợi nấm tạo ra nấm. Sản xuất tảo bằng công nghệ này tiết kiệm năng lượng hơn khoảng bốn lần so với việc trồng tảo quang hợp. Sản xuất nấm men tiết kiệm năng lượng hơn khoảng 18 lần so với cách trồng thông thường bằng cách sử dụng đường chiết xuất từ ngô.
“Chúng tôi đã có thể phát triển các sinh vật sản xuất thức ăn 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 - một sản phẩm của quá trình quang hợp sinh học diễn ra hàng triệu năm trước. Công nghệ này là một phương pháp hiệu quả hơn để biến năng lượng mặt trời thành thức ăn, so với sản xuất thực phẩm dựa vào quang hợp sinh học”, Elizabeth Hann, một ứng viên tiến sĩ tại Jinkerson Lab và đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết.
Tiềm năng sử dụng công nghệ này để trồng cây cũng đã được nghiên cứu. Cây đậu đũa, cà chua, thuốc lá, lúa, cải dầu và đậu xanh đều có thể tận dụng cacbon từ axetat khi được trồng trong bóng tối.
“Chúng tôi đã phát hiện ra nhiều loại cây trồng có thể lấy axetat mà chúng tôi cung cấp và xây dựng nó thành các khối xây dựng phân tử chính mà một sinh vật cần để sinh trưởng và phát triển. Với một số kỹ thuật và nhân giống mà chúng tôi hiện đang nghiên cứu, chúng tôi có thể trồng cây bằng axetat như một nguồn năng lượng bổ sung để tăng năng suất cây trồng”, Marcus Harland-Dunaway, nghiên cứu sinh tại Jinkerson Lab và là đồng tác giả của nghiên cứu cho biết.
Bằng cách giải phóng nền nông nghiệp thoát khỏi sự phụ thuộc hoàn toàn vào mặt trời, quang hợp nhân tạo mở ra cánh cửa cho vô số khả năng trồng thực phẩm trong điều kiện ngày càng khó khăn do biến đổi khí hậu do con người gây ra. Hạn hán, lũ lụt và diện tích đất giảm sẽ ít đe dọa đến an ninh lương thực toàn cầu hơn nếu cây trồng cho người và động vật phát triển trong môi trường ít sử dụng tài nguyên hơn và được kiểm soát. Cây trồng cũng có thể được trồng ở các thành phố và các khu vực khác hiện không thích hợp cho nông nghiệp và thậm chí cung cấp thức ăn cho các nhà thám hiểm không gian trong tương lai.
“Sử dụng phương pháp quang hợp nhân tạo để sản xuất thức ăn 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 thêm thức ăn cho các thành viên phi hành đoàn với ít đầu vào hơn”, Jinkerson cho biết.
Phương pháp tiếp cận sản xuất lương thực này đã được đệ trình cho Thử thách thức ăn trong không gian sâu của NASA, ở đó đã là nhân vật chiến thắng Giai đoạn I. Deep Space Food Challenge là một cuộc thi quốc tế, nơi các giải thưởng được trao cho các đội tạo ra các công nghệ thức ăn mới và thay đổi trò chơi, yêu cầu đầu vào tối thiểu và tối đa hóa đầu ra thức ăn an toàn, bổ dưỡng và ngon miệng cho các nhiệm vụ không gian dài hạn.
“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 những người Sao Hỏa trong tương lai?”, đồng tác giả Martha Orozco-Cárdenas, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Chuyển đổi Thực vật UC Riverside nói.
Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo ScienceDaily.
|
Trở lại
In
Số lần xem: 262
|
|
[ Tin tức liên quan ]___________________________________________________
|
.png "Quang hợp nhân tạo có thể tạo ra thực phẩm mà không cần ánh nắng mặt trời")
