La fotosíntesis artificial que puede producir alimentos sin sol

La producción de alimentos está sujeta a la tasa de fotosíntesis, el mecanismo por el que las plantas transforman la luz solar, el agua y el gas en la biomasa que comemos nosotros y otras criaturas de la Tierra. Por desgracia para nosotros, este mecanismo es muy poco eficiente: solo el 1 por ciento de la energía de la luz solar llega a las plantas y los cultivos.

La consecuencia directa de esta falta de eficacia es que el planeta tendrá dificultades para producir suficientes alimentos a escala en una sociedad en constante crecimiento. De hecho, se espera que la demanda de alimentos crezca entre un 59 y un 98 por ciento para 2050. Y no vamos a poder dar de comer a tantas personas al ritmo habitual.

¿La solución?

Pasar de la fotosíntesis biológica a otro método menos dependiente. Un equipo de científicos de la Universidad de California Riverside y la Universidad de Delaware (Estados Unidos) ha desarrollado una técnica de fotosíntesis artificial experimental, que implementa un proceso electrocatalítico de dos pasos que convierte el dióxido de carbono, el agua y la electricidad generada por los paneles solares en acetato (el componente principal del vinagre); y el acetato puede ser aprovechado por las plantas para crecer. El sistema híbrido orgánico-inorgánico podría aumentar la eficiencia de conversión de la luz solar en alimento, hasta 18 veces más eficiente para algunos alimentos.

"Un cambio de paradigma en la forma en que alimentamos a las personas podría resultar del uso de la fotosíntesis artificial"

Evitar por completo la necesidad de la fotosíntesis biológica y crear alimentos independientes de la luz solar mediante el uso de fotosíntesis artificial, sería posible. La investigación, publicada en Nature Food, expone cómo los organismos productores de alimentos consumirían el acetato en la oscuridad para crecer. La cantidad de acetato producido aumentó mientras que la cantidad de sal utilizada se redujo, lo que resultó en los niveles más altos de acetato jamás producidos en un electrolizador hasta la fecha. Según los investigadores, estos resultados de alta sensibilidad no se pueden lograr a través de métodos convencionales de electrólisis de CO2.

Múltiples posibilidades

Combinado con paneles solares para generar electricidad para alimentar la electrocatálisis, sería un método revolucionario de solucionar el problema al que nos enfrentaremos en todo el planeta tarde o temprano por la existencia de tanta población a la que alimentar.

"Con nuestro enfoque, buscamos identificar una nueva forma de producir alimentos que pudiera romper los límites normalmente impuestos por la fotosíntesis biológica", comenta Robert Jinkerson, profesor asistente de ingeniería química y ambiental de UC Riverside y coautor del trabajo.

Los experimentos revelaron que una amplia gama de organismos productores de alimentos podía crecer en la oscuridad utilizando el electrolizador rico en acetato, incluyendo levaduras, algas y micelio fúngico. Las algas crecieron cuatro veces más que con la fotosíntesis convencional y la producción de levadura fue 18 veces más eficiente energéticamente que los métodos tradicionales.

Los cultivos de tomate, tabaco, arroz, canola y guisantes verdes pudieron hacer uso del carbono en el acetato y crecer sin luz solar, mostraron los científicos. El proceso podría usarse además de la fotosíntesis normal, así como en lugar de ella.

Pueden crecer en completa oscuridad

"Descubrimos que una amplia gama de cultivos podría tomar el acetato que proporcionamos y convertirlo en los principales componentes moleculares que un organismo necesita para crecer y prosperar", aclara Marcus Harland-Dunaway, científico botánico y de plantas de UC Riverside. "Con un poco de mejoramiento e ingeniería en los que estamos trabajando actualmente, podríamos cultivar cultivos con acetato como fuente de energía adicional para aumentar el rendimiento de los cultivos".

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La técnica es “un cambio de paradigma en la forma en que alimentamos a las personas que podría resultar del uso de técnicas de fotosíntesis artificial”, dicen los científicos. “A medida que la producción de alimentos se vuelve más eficiente, se requiere menos tierra, lo que reduce el efecto ambiental de la agricultura”.

Debido a que el nuevo sistema no depende de la luz solar ni del clima, los alimentos podrían cultivarse en ambientes controlados, incluso en regiones del mundo con climas inhóspitos. Al liberar a la agricultura de la dependencia total del sol, la fotosíntesis artificial abre la puerta a innumerables posibilidades para cultivar alimentos en las condiciones cada vez más difíciles impuestas por el cambio climático antropogénico.

"Imagina algún día naves gigantes cultivando plantas de tomate en la oscuridad y en Marte, ¿cuánto más fácil sería eso para los futuros marcianos?" dijo la coautora Martha Orozco-Cárdenas, directora del Centro de Investigación de Transformación de Plantas de la misma universidad.