Voedselproductie met behulp van kunstmatige fotosynthese zou veel energie-efficiënter zijn dan de landbouw (afb: UCR)
Al langer wordt er gesleuteld aan manieren om de natuurlijke fotosynthese, waarbij zonlicht wordt gebruikt om water en koolstof om te zetten in hele reeksen organische stoffen, te verbeteren. Onderzoekers schijnen met zo’n kunstmatige fotosyntheseproces voedsel te hebben geproduceerd zonder zonlicht nodig te hebben. Ze hadden daarvoor wel de hulp nodig van organismen als algen of gisten, die het ontstane acetaat (azijnzuur) omzetten in voor de mens bruikbare voedingstoffen, maar ook planten zouden gedijen in de duisternis. Dat zou voor sommige voedingsproducten vele malen efficiënter gaan de bruikbare manier.
De fotosynthese in planten en sommige micro-organismen voorziet de rest van het leven op aarde van energierijke producten, direct of indirect. Wij mensen parasiteren eigenlijk op dat vermogen van planten en sommige micro-organismen.
Wat de mens daaraan zo irritant vindt is niet dat parasitisme, maar de lage efficiëntie van dat systeem. Slechts zo’n 1% van de energie van het zonlicht komt terecht in de gevormde energierijke verbindingen in de planten. Onderzoekers lijken nu dat zonlicht te hebben ‘uitgeschakeld’ door de micro-organisme het in een eerste trap ontstane acetaat door organismen als schimmels en algen te laten omzetten. In die eerste stap is elektriciteit nodig en die haal je natuurlijk het best van de zon, dus helemaal zonder zon is dit onmogelijk.
“We wilden nieuwe wegen vinden op voedingsstoffen te produceren zonder ingeperkt te zijn door de grenzen van de biologische fotosynthese”, zegt Robert Jinkerson van de universiteit van Californië in Riverside
“We hebben een tweestapsproces ontwikkeld voor de elektrolyse van CO2 dat heel selectief acetaat produceert wat niet is te verwezenlijken met conventionele CO2-elektrolyse processen”, zegt medeonderzoeker Feng Jiao van de universiteit van Delaware.
Proeven hadden al aangetoond dat een breed scala aan voedselproducerende organismen in het donker kunnen leven op acetaat. Dat zijn, onder meer, groene algen, gisten en schimmels. Om met deze aanpak groene algen te vermeerderen is ongeveer vier keer zo energie-efficiënt als die op natuurlijke wijze te laten groeien. Bij gisten zou de verbetering zelfs een factor achttien kunnen bedragen als je dat vergelijkt met het ’telen’ van suikers uit granen.
Ook planten
“In feite hebben we voedselproducerende organismen laten groeien zonder hulp van de biologische fotosynthese”, zegt medeonderzoekster Elizaberh Hann. “Deze organismen worden meestal gekweekt met suikers van planten of stoffen die zijn gewonnen uit olie, zelf weer een product van biologische fotosynthese miljoenen jaren geleden. Deze methode is efficiënter in het omzetten van zonlicht in voedsel, als je het vergelijkt met de productie die afhankelijk is van de biologische fotosynthese.”
Plantjes groeien op acetaat in het duister. Een alternatief voor de landbouw? (afb: UCR)
De onderzoekers bekeken ook de bruikbaarheid van hun systeem om planten te kweken zoals erwten, tomaten en rijst. Die bleken acetaat te accepteren en te groeien in het donker. De onderzoekers denken dat met wat veranderingen allerlei planten op deze wijze zijn te telen, met een hogere opbrengst als beloning.
Dat zou de landbouw onafhankelijk van de zon kunnen maken en dat zou een welkome aanvullende mogelijkheid zijn nu de klimaatverandering de mensheid ’trakteert’ op aanzienlijke problemen. Dan zou ook in steden voedsel kunnen worden geproduceerd. Daarmee zou ook de aanslag die landbouw en de voedselproductie op de natuur en leefomgeving pleegt kunnen worden verminderd, denken de onderzoekers. Dat opent ook mogelijkheden voor voedselproductie op Mars, om maar een voorbeeld uit de ruimte te noemen.
“Kunstmatige fotosynthese kan een aardverschuiving betekenen voor de manier waarop we voedsel produceren”, zegt Jinkerson. “Door het verhogen van het rendement van de voedselproductie is er minder land nodig en zijn de gevolgen van landbouw op de omgeving kleiner.”
Deze hun aanpak heeft al een prijs te pakken. De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA heeft voor het project een prijs over in haar ruimtevoedselwedstrijd (Space Food Challenge). “Op een dag telen we om Mars tomaten in het donker in grote vaten”, roept Martha Orozco-Cárdanas enthousiast, directeur van het plantentransformatielab in Riverside.
Bron: Science Daily