खाद्य उत्पादन को अधिक ऊर्जा कुशल बनाने में मदद करने के लिए वैज्ञानिकों ने कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण विकसित किया

शोधकर्ताओं ने जैविक प्रकाश संश्लेषण की आवश्यकता को पूरी तरह से बायपास करने और कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण का उपयोग करके सूर्य के प्रकाश से स्वतंत्र भोजन बनाने का एक तरीका खोजा।
अध्ययन “नेचर फूड” पत्रिका में प्रकाशित हुआ था।
शोधकर्ताओं ने कार्बन डाइऑक्साइड, बिजली और पानी को सिरका के मुख्य घटक के रूप में एसीटेट में परिवर्तित करने के लिए दो-चरणीय इलेक्ट्रोकैटलिटिक प्रक्रिया का उपयोग किया।
खाद्य-उत्पादक जीव तब विकसित होने के लिए अंधेरे में एसीटेट का उपभोग करते हैं।
इलेक्ट्रोकैटलिसिस को बिजली देने के लिए बिजली उत्पन्न करने के लिए सौर पैनलों के साथ संयुक्त, यह हाइब्रिड कार्बनिक-अकार्बनिक प्रणाली कुछ खाद्य पदार्थों के लिए सूर्य के प्रकाश की रूपांतरण दक्षता को 18 गुना अधिक कुशल तक बढ़ा सकती है।
“हमारे दृष्टिकोण के साथ, हमने भोजन के उत्पादन के एक नए तरीके की पहचान करने की मांग की, जो सामान्य रूप से जैविक प्रकाश संश्लेषण द्वारा लगाए गए सीमाओं को तोड़ सकता है,” संबंधित लेखक रॉबर्ट जिनकर्सन ने कहा, रासायनिक और पर्यावरण इंजीनियरिंग के यूसी रिवरसाइड सहायक प्रोफेसर।
प्रणाली के सभी घटकों को एक साथ एकीकृत करने के लिए, इलेक्ट्रोलाइज़र के उत्पादन को खाद्य-उत्पादक जीवों के विकास का समर्थन करने के लिए अनुकूलित किया गया था।
इलेक्ट्रोलाइज़र ऐसे उपकरण हैं जो कार्बन डाइऑक्साइड जैसे कच्चे माल को उपयोगी अणुओं और उत्पादों में बदलने के लिए बिजली का उपयोग करते हैं।
उत्पादित एसीटेट की मात्रा में वृद्धि हुई थी, जबकि उपयोग किए जाने वाले नमक की मात्रा में कमी आई थी, जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रोलाइज़र में अब तक उत्पादित एसीटेट का उच्चतम स्तर था।
“हमारी प्रयोगशाला में विकसित एक अत्याधुनिक टू-स्टेप टेंडेम CO2 इलेक्ट्रोलिसिस सेटअप का उपयोग करके, हम एसीटेट के प्रति एक उच्च चयनात्मकता प्राप्त करने में सक्षम थे जिसे पारंपरिक CO2 इलेक्ट्रोलिसिस मार्गों के माध्यम से एक्सेस नहीं किया जा सकता है,” संबंधित लेखक फेंग जिओ ने कहा। डेलावेयर विश्वविद्यालय।
प्रयोगों से पता चला है कि खाद्य-उत्पादक जीवों की एक विस्तृत श्रृंखला को सीधे एसीटेट-समृद्ध इलेक्ट्रोलाइज़र आउटपुट पर उगाया जा सकता है, जिसमें हरी शैवाल, खमीर और मशरूम का उत्पादन करने वाले कवक मायसेलियम शामिल हैं।
इस तकनीक से शैवाल का उत्पादन प्रकाश संश्लेषक रूप से उगाने की तुलना में लगभग चार गुना अधिक ऊर्जा-कुशल है।
आम तौर पर मकई से निकाली गई चीनी का उपयोग करके इसकी खेती की तुलना में खमीर उत्पादन लगभग 18 गुना अधिक ऊर्जा-कुशल है।
“हम जैविक प्रकाश संश्लेषण से किसी भी योगदान के बिना खाद्य उत्पादक जीवों को विकसित करने में सक्षम थे।
आमतौर पर, इन जीवों की खेती पौधों से प्राप्त शर्करा या पेट्रोलियम से प्राप्त इनपुट पर की जाती है – जो लाखों साल पहले हुई जैविक प्रकाश संश्लेषण का एक उत्पाद है।
जैविक प्रकाश संश्लेषण पर निर्भर खाद्य उत्पादन की तुलना में यह तकनीक सौर ऊर्जा को भोजन में बदलने का एक अधिक कुशल तरीका है, “जिन्कर्सन लैब में डॉक्टरेट उम्मीदवार और अध्ययन के सह-मुख्य लेखक एलिजाबेथ हैन ने कहा।
फसल पौधों को उगाने के लिए इस तकनीक को नियोजित करने की क्षमता की भी जांच की गई।
लोबिया, टमाटर, तंबाकू, चावल, कनोला, और हरी मटर सभी एसिटेट से कार्बन का उपयोग करने में सक्षम थे जब अंधेरे में खेती की जाती थी।
“हमने पाया कि फसलों की एक विस्तृत श्रृंखला हमारे द्वारा प्रदान किए गए एसीटेट को ले सकती है और इसे प्रमुख आणविक भवन ब्लॉकों में बना सकती है जो एक जीव को बढ़ने और बढ़ने की जरूरत होती है।
कुछ प्रजनन और इंजीनियरिंग के साथ, जिस पर हम वर्तमान में काम कर रहे हैं, हम फसल की पैदावार को बढ़ावा देने के लिए एक अतिरिक्त ऊर्जा स्रोत के रूप में एसीटेट के साथ फसल उगाने में सक्षम हो सकते हैं,” मार्कस हारलैंड-ड्यूनावे, जिन्कर्सन लैब में डॉक्टरेट उम्मीदवार और सह-प्रमुख लेखक ने कहा। द स्टडी।
कृषि को सूर्य पर पूर्ण निर्भरता से मुक्त करके, कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण मानवजनित जलवायु परिवर्तन द्वारा थोपी गई कठिन परिस्थितियों में भोजन उगाने की अनगिनत संभावनाओं के द्वार खोलता है।
सूखा, बाढ़, और भूमि की कम उपलब्धता वैश्विक खाद्य सुरक्षा के लिए कम खतरा होगी यदि मनुष्यों और जानवरों के लिए फसलें कम संसाधन-गहन, नियंत्रित वातावरण में उगाई जाती हैं।
फसलें शहरों और अन्य क्षेत्रों में भी उगाई जा सकती हैं जो वर्तमान में कृषि के लिए अनुपयुक्त हैं, और यहां तक ​​कि भविष्य के अंतरिक्ष खोजकर्ताओं के लिए भोजन भी उपलब्ध कराती हैं।
“भोजन के उत्पादन के लिए कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण दृष्टिकोण का उपयोग करना हम लोगों को कैसे खिलाते हैं, इसके लिए एक आदर्श बदलाव हो सकता है।
खाद्य उत्पादन की दक्षता में वृद्धि करके, कम भूमि की आवश्यकता होती है, जिससे पर्यावरण पर कृषि का प्रभाव कम होता है।
और गैर-पारंपरिक वातावरण में कृषि के लिए, बाहरी स्थान की तरह, बढ़ी हुई ऊर्जा दक्षता कम इनपुट के साथ अधिक चालक दल के सदस्यों को खिलाने में मदद कर सकती है,” जिंकर्सन ने कहा।
खाद्य उत्पादन के लिए यह दृष्टिकोण नासा के डीप स्पेस फूड चैलेंज को प्रस्तुत किया गया था जहां यह एक चरण I विजेता था।
डीप स्पेस फ़ूड चैलेंज एक अंतरराष्ट्रीय प्रतियोगिता है जिसमें टीमों को पुरस्कार प्रदान किए जाते हैं ताकि वे नई और गेम-चेंजिंग फूड टेक्नोलॉजी तैयार कर सकें, जिसमें न्यूनतम इनपुट की आवश्यकता होती है और लंबी अवधि के अंतरिक्ष मिशनों के लिए सुरक्षित, पौष्टिक और स्वादिष्ट खाद्य उत्पादन को अधिकतम किया जाता है।
“कल्पना कीजिए कि किसी दिन विशाल जहाज अंधेरे में और मंगल ग्रह पर टमाटर के पौधे उगा रहे हैं – भविष्य के मार्टियंस के लिए यह कितना आसान होगा?”
यूसी रिवरसाइड प्लांट ट्रांसफॉर्मेशन रिसर्च सेंटर के निदेशक सह-लेखक मार्था ओरोज्को-कार्डेनस ने कहा।