Experimento premiado pela NASA pode ser o futuro da fotossíntese artificial

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(Créditos: Sarayut Thaneerat/Getty Images)

Traduzido por Julio Batista
Original de David Nield para o ScienceAlert

O processo de transformar água, dióxido de carbono e luz solar em oxigênio e energia ajuda as plantas a crescer naturalmente – e é um processo que os cientistas procuram aproveitar e adaptar para produzir alimentos, combustível e muito mais.

Em um novo estudo, cientistas descrevem uma técnica experimental de fotossíntese artificial, que implanta um processo eletrocatalítico de duas etapas para transformar dióxido de carbono, água e eletricidade gerada por painéis solares em acetato (o principal componente do vinagre). Este acetato pode então ser aproveitado pelas plantas para crescer.

Na verdade, o sistema que os pesquisadores projetaram pretende não apenas imitar a fotossíntese que acontece na natureza, mas realmente melhorá-la – nas plantas, apenas cerca de 1% da energia da luz solar é realmente transformada em biomassa vegetal, enquanto aqui a eficiência pode ser multiplicada por cerca de quatro vezes.

Um esboço da técnica dos pesquisadores. (Créditos: Hann et al, Nature Food, 2022)

“Com nossa abordagem, procuramos identificar uma nova maneira de produzir alimentos que pudesse romper os limites normalmente impostos pela fotossíntese biológica”, disse o engenheiro químico e ambiental Robert Jinkerson, da Universidade da Califórnia, Riverside (EUA).

O dispositivo de conversão de eletricidade ou eletrolisador desenvolvido pelos pesquisadores teve que ser especialmente otimizado para atuar como um motor de crescimento de organismos produtores de alimentos, o que em parte significava aumentar a quantidade de acetato e diminuir a quantidade de sal produzida.

Outros experimentos da equipe demonstraram que o produto do eletrolisador rico em acetato poderia suportar uma variedade de organismos, incluindo algas verdes, leveduras e micélio, que produzem cogumelos. Para fazer uma comparação, a produção de algas é cerca de quatro vezes mais eficiente em termos energéticos usando esse método em comparação com a fotossíntese natural.

As culturas de feijão-fradinho, tomate, tabaco, arroz, canola e ervilha verde foram capazes de usar o carbono no acetato e crescer sem luz solar, mostraram os cientistas. O processo pode ser usado além da fotossíntese normal, bem como em vez dela.

Plantas que crescem na escuridão completa em um meio de acetato. (Créditos: Marcus Harland-Dunaway/UCR)

“Descobrimos que uma ampla gama de culturas poderia pegar o acetato que fornecemos e transformá-lo nos principais blocos de construção molecular que um organismo precisa para crescer e prosperar”, disse Marcus Harland-Dunaway, botânico e cientista de plantas da UC Riverside.

“Com alguns melhoramentos e engenharia em que estamos trabalhando atualmente, podemos cultivar culturas com acetato como fonte extra de energia para aumentar o rendimento das culturas”.

O processo descrito aqui é tão impressionante que é um dos vencedores do NASA Deep Space Food Challenge, uma amostra de tecnologia emergente que poderia um dia ajudar no cultivo de alimentos no espaço: imagine poder cultivar alimentos dentro de bunkers subterrâneos em Marte, por exemplo.

Não é apenas no espaço que a fotossíntese artificial pode marcar uma mudança drástica na produção de alimentos. A crise climática significa que temperaturas extremas, secas, inundações e outras ameaças às práticas agrícolas padrão estão se tornando mais comuns.

Embora processos como esse não sejam uma desculpa para não combater as mudanças climáticas, eles podem ajudar a tornar a produção de alimentos mais resiliente e significar que as culturas podem ser cultivadas em mais lugares – em áreas mais urbanas, talvez.

“O uso de abordagens de fotossíntese artificial para produzir alimentos pode ser uma mudança de paradigma na forma como alimentamos as pessoas”, disse Jinkerson. “Ao aumentar a eficiência da produção de alimentos, menos terra é necessária, diminuindo o impacto que a agricultura tem 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”.

A pesquisa foi publicada na Nature Food.