在沒有陽光的狀況下仍可用人工光合作用生產食物
2023/02/03 @國際
摘要
科學家們使用人工光合作用來製造食物，開發兩步電催化過程，將CO2和H2O轉化為O2和醋酸鹽，有機體靠消耗醋酸鹽生長，並在黑暗中生產食物；這種碳固定系統與光伏發電相結合，為糧食生產提供了一種更節能的替代方法；在氣候變化帶來日益困難的條件下，人工光合作用為種植糧食提供了無數可能性。
示意圖
植物的光合作用將水、二氧化碳和陽光轉化為生物質和食物，而加州大學河濱分校和德拉瓦大學的科學家們找到一種方法，使用人工光合作用來製造食物。研究發表在Nature Food上，使用兩步電催化過程，將CO2和H2O轉化為O2和醋酸鹽，有機體靠消耗醋酸鹽生長，在黑暗中生產食物，並與太陽能電板結合，為電催化提供動力；這種電化學-生物組合系統可以提高陽光轉化為食物的效率。加州大學河濱分校化學與環境工程助理教授Robert Jinkerson認為，這可突破生物光合作用的限制，並定義一種生產食物的新方法。
德拉瓦大學的科學家Feng Jiao說，實驗室開發先進的兩步串聯CO2電解裝置，可實現對醋酸鹽的高選擇性，這是傳統CO2電解路線無法獲得的。此電解裝置利用電力將CO2轉化為有用的分子和產品，且為了將系統所有組件結合在一起，電解槽輸出進行了優化，產生理想輸出，以提供生產食物的有機體生長。
實驗證明，富含醋酸鹽的電解槽輸出物在黑暗中仍可使多種生產食物的有機體生長，包括產生蘑菇的綠藻、酵母和真菌菌絲體，且使用這項技術生產藻類的能源效率大約是光合作用生長的四倍，酵母生產的能源效率比一般從玉米中萃取糖培養的方式高出約 18 倍。並且研究使用此項技術種植農作物的潛力，例如豇豆、番茄、煙草、大米、油菜和綠豌豆在黑暗中種植時都能夠利用醋酸鹽中的碳，並發現多種作物可利用醋酸鹽，將其建構成生物體生長和繁衍所需的主要分子組成部分。
在氣候變化帶來日益困難的條件下，人工光合作用為種植糧食提供了無數可能性，如果作物生長在受控的環境中，乾旱、洪水和可用土地的減少對全球糧食安全的威脅將較小。農作物也可在不適合農業的城市和地區種植，甚至為未來的太空探索者提供食物。Jinkerson認為，使用人工光合作用方法生產食物可使養活人們的方式轉變，透過提高糧食生產效率，需要更少的土地並減少農業對環境的影響。【延伸閱讀】- 一個生產糧食及能源的新技術提案-通過光合作用生產糧食和能源的裸藻
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