Tamamen Karanlıkta Yapay Fotosentez

Tamamen Karanlıkta Yapay Fotosentez
Tamamen Karanlıkta Yapay Fotosentez

Araştırmacılar, Dünya’da ve belki bir gün Mars’ta gıda üretiminin enerji verimliliğini artırmaya yardımcı olmak için yapay fotosentez oluşturmak için çalışıyorlar. Milyonlarca yıl öncesinden bu yana bitkilerdeki fotosentez, suyu, karbondioksiti ve güneş enerjisini bitki biyokütlesine ve tükettiğimiz gıdalara dönüştürmek için gelişti.

Bununla birlikte, bu yöntem inanılmaz derecede verimsizdir, çünkü güneş ışığından gelen enerjinin sadece %1’i gerçekten bitkiye ulaşır. Yapay fotosentez, biyolojik fotosentez ihtiyacını tamamen değiştirmek ve güneş ışığı kullanmadan gıda üretimini sağlamak için Delaware Üniversiteleri ve California Riverside’dan araştırmacılar tarafından geliştirilmiştir.

Plants Growing in Complete Darkness x
Bitkiler, biyolojik fotosentezin yerini alan bir asetat ortamında tamamen karanlıkta büyüyor. Kredi bilgileri: Marcus Harland-Dunaway/UCR

Nature Food dergisinde 23 Haziran 2022’de yayınlanan yeni çalışmada, sirkenin ana bileşeninin kimyasal formu olan karbondioksit, elektrik ve suyu asetata dönüştürmek için iki aşamalı bir elektrokatalitik yöntem kullanılıyor.

Karanlıkta, yiyecek üreten organizmalar asetat kullanmaktadırlar. Bu hibrit organik-inorganik sistem, elektrokatalizi beslemek için elektrik üretmek üzere güneş panelleri ile birleştirildiğinde, belirli gıdalar için 18 kata kadar daha verimli olan güneş ışığının gıdaya dönüşüm verimliliğini artırabilir.

UC Riverside’da kimya ve çevre mühendisliği bölümünde yardımcı doçent olan ilgili yazar Robert Jinkerson’a göre, “yaklaşımımızla, biyolojik fotosentezin dayattığı kısıtlamaları aşabilecek yeni bir gıda üretme yöntemini ortaya çıkarmayı umduk.”

Elektrolizörün çıkışı, sistemin tüm parçalarını birleştirmek için gıda üreten organizmaların büyümesine yardımcı olacak şekilde ayarlandı.

Elektrolizörler, kullanılamayan kimyasalları ve karbondioksit gibi ürünleri temel malzemelere dönüştürmek için elektrik kullanan makinelerdir.

Bugüne kadar bir elektrolizörde üretilen en yüksek asetat seviyeleri, kullanılan tuz miktarını düşürürken üretilen asetat miktarını artırarak elde edildi.

Delaware Üniversitesi’nden  Feng Jiao’nun açıklamaları “Laboratuvarımızda en gelişmiş iki aşamalı tandem CO2  elektroliz kurulumunu kullanarak geleneksel CO2 elektroliz yollarıyla erişilemeyen asetata karşı yüksek bir seçicilik elde edebildik” şeklinde.

Deneyler, yeşil algler, mayalar ve mantar üreten mantar miselyumu dahil olmak üzere çeşitli gıda üreten türlerin, doğrudan asetat açısından zengin elektrolizör çıkışı üzerinde karanlıkta yetiştirilebileceğini ortaya koydu.

Bu yöntemle alg üretmek, fotosentez yapmaktan yaklaşık dört kat daha fazla enerji verimlidir. Maya üretimi, yaygın olarak mısırdan elde edilen şekerin kullanıldığı geleneksel yöntemlerden yaklaşık 18 kat daha az enerji kullanır.

“Biyolojik fotosentezin yardımı olmadan gıda üretebilen canlılar yetiştirebildik. Bu canlılar tipik olarak, milyonlarca yıl önce meydana gelen biyolojik fotosentezin yan ürünleri olan bitki bazlı şekerler veya petrol bazlı girdiler üzerinde yetiştirilir.

Gıda ile karşılaştırıldığında. Jinkerson Laboratuarı’nda doktora adayı ve makalenin başyazarı Elizabeth Hann’a göre, biyolojik fotosenteze dayanan bu teknik, güneş enerjisini yiyeceğe dönüştürmenin daha etkili bir yolu.

Ayrıca bu tekniğin mahsul yetiştirmek için kullanılıp kullanılamayacağına da bakıldı. Karanlıkta yetiştirildiğinde, börülce, domates, tütün, pirinç, kanola ve yeşil bezelye asetattan karbon kullanabiliyordu.

Sağladığımız asetatı çeşitli bitkilerin bir canlının gelişmesi ve gelişmesi için ihtiyaç duyduğu temel molekülleri oluşturmak için kullanabileceğini keşfettik. Araştırmacı Dunaway, “Şu anda üzerinde çalıştığımız bazı ıslah ve mühendislik ile tarımsal verimi artırmak için ek bir enerji kaynağı olarak asetat ile mahsul yetiştirebiliriz” dedi.

Yapay fotosentez, tarımı güneşe tamamen bağımlı olmaktan kurtararak, antropojenik iklim değişikliğinin dayattığı giderek daha zorlu koşullar altında gıda yetiştirmek için sonsuz seçeneklere kapı açıyor.

İnsanlar ve hayvanlar için ekinler daha az kaynak yoğun, düzenli koşullarda yetişirse, kuraklık, sel ve azalan arazi mevcudiyeti, küresel gıda güvenliği için daha az tehlike oluşturacaktır. Ek olarak, ekinler kentsel alanlarda ve şu anda tarım için uygun olmayan diğer bölgelerde yetiştirilebilir, hatta gelecekteki uzay kaşifleri için besin sağlayabilir.

Yapay fotosentez teknikleri kullanılarak insanların beslenme şeklini değiştirmek mümkün olabilir. Gıda üretimi daha verimli hale geldikçe, daha az toprağa ihtiyaç duyulur ve bu da tarımın çevresel etkisini azaltır. Ek olarak, iyileştirilmiş enerji verimliliği, Jinkerson’a göre uzay gibi geleneksel olmayan alanlarda tarım için daha az girdi kullanırken daha fazla mürettebat üyesinin beslenmesine yardımcı olabilir.

Gıda üretimine yönelik bu yaklaşım, NASA’nın Birinci Aşama kazananı olduğu Deep Space Food Challenge’a sunuldu. Deep Space Food Challenge, uzun süreli uzay görevleri için minimum girdi gerektiren ve güvenli, besleyici ve lezzetli gıda çıktılarını maksimuma çıkaran yeni ve oyunun kurallarını değiştiren gıda teknolojileri yaratmak için takımlara ödüllerin verildiği uluslararası bir yarışmadır.

UC Riverside Bitki Dönüşüm Araştırma Merkezi’nin Başkanı Martha Cárdenas’ın açıklamaları da şöyle.

Muazzam gemiler gelecekte Mars’ta karanlıkta domates bitkileri üretebilseydi, gelecekteki Marslılar için ne kadar basit olurdu?

Reference: “A hybrid inorganic–biological artificial photosynthesis system for energy-efficient food production” by Elizabeth C. Hann, Sean Overa, Marcus Harland-Dunaway, Andrés F. Narvaez, Dang N. Le, Martha L. Orozco-Cárdenas, Feng Jiao and Robert E. Jinkerson, 23 June 2022, Nature Food.
DOI: 10.1038/s43016-022-00530-x

Benzer Reklamlar

İlk yorum yapan olun

Yorumunuz