研究人員為了使地球上的糧食生產更加節能,正在開發人工光合作用,未來這一開發有望部署在火星上。 自地球開始以來,光合作用已經植物中的將水、二氧化碳和來自陽光的能量轉化為植物生物質和我們吃的食物。但是,這個過程非常低效,最終只有大約 1% 的陽光能量進入植物。

加州大學河濱分校和特拉華大學的研究人員已經找到了一種方法,可以完全繞過生物光合作用的需求,並通過使用人工光合作用來製造不依賴陽光的食物。這個研究於2022年6月23日發表在《 Nature Food 》上,使用兩步電催化過程將二氧化碳、電和水轉化為醋酸鹽(醋的主要成分)。然後,生產食物的生物會在黑暗中消耗醋酸鹽來生長。結合太陽能電池板發電為電催化提供動力,這種有機-無機混合系統可以提高陽光轉化為食物的效率,對某些食物來說效率高達18倍。

通訊作者、加州大學河濱分校化學與環境工程助理教授 Robert Jinkerson 表示「通過我們的方法,我們試圖確定一種生產食物的新方法,這種方法可以突破通常由生物光合作用施加的限制」。

為了將系統的所有組件集成在一起,方便支撐食品生產生物的生長,對電解槽的輸出進行了修改。電解器是利用電力將二氧化碳等原材料轉化為有用分子和產品的設備。產生的乙酸鹽量增加,而鹽的用量減少,導致到現在為止在電解槽中產生的最高水平的乙酸鹽。

通訊作者 Feng Jiao 表示:「使用我們實驗室開發的最先進的兩步串聯 CO2 電解裝置,我們能夠實現對乙酸鹽的高選擇性,這是傳統 CO2 電解路線無法獲得的」。

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