Fotossíntese artificial pode produzir comida sem a luz solar

Durante milhões de anos a fotossíntese nas plantas evoluiu para que pudesse transformar a água, o dióxido de carbono e a energia da luz solar em biomassa vegetal e nos alimentos que ingerimos. Entretanto, este processo torna-se muito ineficiente se considerarmos que apenas 1% da energia da luz do sol vai para a planta. Assim, cientistas da Universidade da Califórnia, em Riverside, e da Universidade de Delaware encontraram um processo alternativo. Eles descobriram uma maneira de substituir a fotossíntese biológica pela artificial e sugerem que a fotossíntese artificial pode produzir comida sem a luz solar.

Publicada recentemente no periódico científico Nature Food, a pesquisa usou um processo eletrocatalítico de duas etapas para converter dióxido de carbono, eletricidade e água em acetato – a forma do principal componente do vinagre. Os organismos produtores de alimentos consomem acetato no escuro para crescer.

Combinado com painéis solares que geram eletricidade para alimentar a eletrocatálise, esse sistema híbrido orgânico-inorgânico poderia aumentar a eficiência de conversão da luz solar em alimentos, inclusive em até 18 vezes para alguns deles.

“Com nossa abordagem, procuramos identificar uma nova maneira de produzir alimentos que pudesse romper os limites normalmente impostos pela fotossíntese biológica”, disse Robert Jinkerson, professor assistente de engenharia química e ambiental da UC Riverside e um dos autores do estudo.

Experimentos mostraram que uma ampla gama de organismos produtores de alimentos pode ser cultivada no escuro diretamente na saída do eletrolisador rico em acetato, incluindo algas verdes, leveduras e micélios fúngicos que produzem cogumelos.

A produção de algas com esta tecnologia é aproximadamente quatro vezes mais eficiente em termos energéticos do que cultivá-las de forma fotossintética. A produção de levedura é aproximadamente 18 vezes mais eficiente em termos energéticos do que normalmente é quando cultivada com açúcar extraído do milho.

“Conseguimos cultivar organismos produtores de alimentos sem nenhuma contribuição da fotossíntese biológica. Normalmente, esses organismos são cultivados em açúcares derivados de plantas ou insumos derivados de petróleo – que é um produto da fotossíntese biológica que ocorreu há milhões de anos. Essa tecnologia é um método mais eficiente de transformar energia solar em alimento, em comparação com a produção de alimentos que depende da fotossíntese biológica”.

Elizabeth Hann, coautora do estudo e doutoranda no laboratório do Prof. Jinkerson.

O potencial de empregar esta tecnologia para cultivar plantas também foi investigado. Feijão, tomate, tabaco, arroz, canola e ervilha verde foram todos capazes de utilizar o carbono do acetato quando cultivados no escuro.

Ao libertar a agricultura de sua dependência total do sol, a fotossíntese artificial abre as portas para inúmeras possibilidades de cultivo de alimentos em condições que se tornam cada vez mais difíceis por conta das mudanças climáticas de origem antropogênica. As secas, as inundações e a redução na disponibilidade de terra poderiam ser uma ameaça menor à segurança alimentar global se as culturas para humanos e animais crescessem em ambientes com menos controle e intensidade de recursos.

“O uso de abordagens de fotossíntese artificial para produzir alimentos pode ser uma mudança de paradigma na forma como alimentamos as pessoas. Ao aumentar a eficiência da produção de alimentos, menos terra é necessária, diminuindo o impacto da agricultura no meio ambiente. E para a agricultura em ambientes não tradicionais, como o espaço sideral, o aumento da eficiência energética pode ajudar a alimentar mais tripulantes com menos insumos”.

Robert Jinkerson, professor assistente de engenharia química e ambiental da Universidade da Califórnia, Riverside.

Essa abordagem à produção de alimentos foi submetida ao Deep Space Food Challenge, da NASA, na qual foi vencedora da Fase I. O Deep Space Food Challenge é uma competição internacional em que os prêmios são concedidos a equipes para criar tecnologias alimentares inovadoras e revolucionárias que exigem insumos mínimos e maximizam a produção de alimentos seguros, nutritivos e palatáveis ​​para missões espaciais de longa duração.

“Imagine um dia navios gigantes cultivando tomateiros no escuro e em Marte – quão mais fácil seria para futuros marcianos?”, disse a coautora Martha Orozco-Cárdenas, diretora do Centro de Pesquisa para a Transformação de Plantas, da Universidade da Califórnia, Riverside.

Andres Narvaez, Dang Le e Sean Overa também contribuíram para a pesquisa, apoiada pelo Translational Research Institute for Space Health (TRISH) através da NASA (NNX16AO69A), Foundation for Food and Agriculture Research (FFAR), Link Foundation, U.S. National Science Foundation e U.S. Department of Energy.

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Artigo original (em inglês) publicado por Holly Ober na Nature Food.

Fonte: Universidade da Califórnia, Riverside.

Sobre a autora
Holly Ober exerce o cargo de Senior Public Information Officer na Universidade da Califórnia, Riverside.