La luce del sole è essenziale per le piante, poiché è attraverso la fotosintesi che crescono e prosperano convertendo l’anidride carbonica, l’acqua e l’energia del sole in biomassa vegetale. Ma è davvero essenziale? Non necessariamente, sostengono gli scienziati statunitensi che hanno ideato un metodo per coltivare ortaggi al buio senza la luce del sole, utilizzando la fotosintesi artificiale.
Il team di scienziati che lavorano presso l’Università della California Riverside e l’Università del Delaware, hanno detto che il loro metodo pubblicato nella rivista Nature Food, impiega un processo elettrocatalitico in cui l’anidride carbonica, l’elettricità e l’acqua vengono convertiti in acetato (un componente dell’aceto), che viene poi consumato da organismi che producono cibo al buio. Il loro sistema ibrido organico-inorganico, collegato a pannelli solari per alimentare l’elettrocatalisi necessaria al processo, in alcuni casi potrebbe aumentare fino a 18 volte l’efficienza di conversione della luce solare in cibo. Hanno spiegato che la fotosintesi è altamente inefficiente, poiché solo circa l’1% dell’energia contenuta nella luce solare finisce nella materia vegetale.
Robert Jinkerson, professore assistente di ingegneria chimica e ambientale presso l’Università della California Riverside, ha detto:
«Con il nostro metodo abbiamo cercato di individuare un nuovo sistema di produrre cibo che potesse superare i limiti normalmente imposti dalla fotosintesi biologica».
Feng Jiao, scienziato dell’Università del Delaware, ha aggiunto:
«Utilizzando un impianto all’avanguardia per l’elettrolisi della CO2 in tandem a due fasi sviluppato nel nostro laboratorio, siamo stati in grado di ottenere un’elevata selettività verso l’acetato, che non può essere raggiunta attraverso le vie convenzionali di elettrolisi della CO2».
Gli organismi produttori di cibo che possono essere coltivati al buio su elettrolizzatori ricchi di acetato includono alghe verdi, lievito e micelio fungino che produce funghi. Il team di scienziati ha detto:
«La produzione di alghe con questa tecnologia è circa quattro volte più efficiente dal punto di vista energetico rispetto alla coltivazione fotosintetica. La produzione di lievito è circa 18 volte più efficiente dal punto di vista energetico rispetto alla coltivazione tipica con lo zucchero estratto dal mais».
È emerso che anche le comuni piante coltivate, come il pomodoro, tabacco, riso, colza e pisello verde, quando coltivate al buio sono state in grado di ricavare il carbonio dall’acetato.
Marcus Harland-Dunaway, coautore dello studio, ha affermato:
«Abbiamo scoperto che un’ampia gamma di colture poteva prendere l’acetato da noi fornito e trasformarlo nei principali elementi molecolari di cui un organismo ha bisogno per crescere e prosperare, non solo, con alcuni interventi di selezione e ingegneria su cui stiamo lavorando, potremmo essere in grado di coltivare colture con l’acetato come fonte di energia supplementare per aumentare la resa dei raccolti».
Grazie a questa scoperta, gli organismi che producono cibo possono ora essere coltivati senza bisogno di fotosintesi biologica.
Elizabeth Hann dell’Università della California Riverside, ha partecipato alla ricerca (i suo interessi includono la genetica, l’evoluzione, la biologia sintetica e la bioingegneria in particolare negli organismi fotosintetici) ha detto:
«In genere, questi organismi vengono coltivati con zuccheri derivati dalle piante o con input derivati dal petrolio, che è un prodotto della fotosintesi biologica avvenuta milioni di anni fa; questa nuova tecnologia è un metodo più efficiente per trasformare l’energia solare in cibo, rispetto alla produzione alimentare che si basa sulla fotosintesi biologica».
Il nuovo metodo di fotosintesi artificiale, che elimina la necessità del sole, secondo gli scienziati:
«Apre le porte a innumerevoli possibilità di coltivazione di alimenti nelle condizioni sempre più difficili imposte dal cambiamento climatico antropogenico».
Il team di scienziati ha detto che la scarsità di terra sarà una minaccia minore per la sicurezza alimentare globale se le colture potranno essere coltivate in ambienti controllati e ad alta intensità di risorse, senza bisogno del sole. Inoltre, le coltivazioni potrebbero essere effettuate anche nelle città e in altre aree, come i terreni sotterranei, finora inadatti all’agricoltura.
Robert Jinkerson in conclusione ha sottolineato:
«L’utilizzo di tecniche di fotosintesi artificiale per produrre cibo potrebbe rappresentare un esempio di cambiamento per il modo in cui nutriamo le persone. Aumentando l’efficienza della produzione alimentare, è necessaria meno terra, riducendo l’impatto dell’agricoltura sull’ambiente. E per l’agricoltura in ambienti non tradizionali, come la coltivazione nello spazio, la maggiore efficienza energetica potrebbe aiutare a nutrire più membri dell’equipaggio con meno input».