Fotosinteza je proces kojim se koristi većina biljaka, algi i cijanobakterija za pretvaranje svjetlosne u kemijsku energiju. Pojednostavljeno rečeno, u tom se procesu voda, ugljični dioksid i energija sunčeve svjetlosti pretvaraju u biomasu kojom se prehranjuju svi gornji katovi hranidbene piramide, uključujući dakako i ljude. Isto tako, budući da je njezin nusprodukt kisik, fotosinteza je u najvećoj mjeri odgovorna za postojanje tog plina nužnog za život. Uglavnom, bez fotosinteze nema života.

Međutim, fotosinteza nije osobito učinkovit proces: znanstvenici procjenjuju da se uspješno iskoristi samo oko jedan posto sunčeve energije koja dospije do biljaka. Polazeći od te činjenice, tim znanstvenika s Kalifornijskog sveučilišta Riverside (UCR) i Sveučilišta Delaware osmislio je svojevrsnu umjetnu fotosintezu u kojoj bi se učinkovitost pretvorbe sunčeve u kemijsku energiju mogla znatno povećati.

U svojoj studiji nedavno objavljenoj u časopisu Nature Food, oni su predstavili elektrokatalitički proces za pretvaranje ugljičnog dioksida, električne energije i vode u sol octene kiseline poznatu kao acetat. Proizvedeni acetat u drugom se koraku koristi kao hrana za rast biljaka i drugih organizama, pri čemu se proces rasta odvija tijekom čitavog dana a ne samo tijekom sunčanih sati. Dakle, i po mraku.

U kombinaciji sa solarnim panelima za proizvodnju električne energije koja se koristi za elektrokatalizu, ovaj hibridni organsko-anorganski sustav mogao bi znatno povećati učinkovitost pretvorbe sunčeve svjetlosti u hranu.

'U našem istraživanju pokušali smo osmisliti nov način proizvodnje hrane koji bi mogao prevladati ograničenja koja inače nameće biološka fotosinteza', rekao je jedan od autora studije, biotehnolog Robert Jinkerson s UCR-a.

Istraživanje je pokazalo da se u acetatu proizvedenom u elektrokatalizatoru u mraku može uzgajati niz organizama pogodnih za prehranu, uključujući zelene alge, kvasac i gljive. Proizvodnja algi ovom tehnologijom otprilike je četiri puta energetski učinkovitija od fotosintetskog uzgoja, a proizvodnja kvasca je čak 18 puta učinkovitija od uobičajenog načina uzgoja pomoću šećera ekstrahiranog iz kukuruza.

'Uspjeli smo uzgojiti te organizme bez ikakvih doprinosa biološke fotosinteze. Inače se ti organizmi uzgajaju na šećerima dobivenima iz biljaka ili sirovinama dobivenima iz nafte. Ova tehnologija je daleko učinkovitija metoda pretvaranja sunčeve energije u hranu u usporedbi s proizvodnjom hrane koja se oslanja na biološku fotosintezu', rekla je koautorica studije Elizabeth Hann.

Dakako, razvoj umjetne fotosinteze još je u povojima, a zelene alge i kvasac koji rastu u mraku nisu hrana koju biste ponudili gostima za večeru. Ipak, autori studije navode da ne postoje prepreke da se jednoga dana ova inovativna tehnologija umjetne fotosinteze ne počne koristiti i za uzgoj graška, rajčica, riže, duhana i drugih biljaka. Umjetna fotosinteza oslobodila bi poljoprivredu ovisnosti o suncu, a suše, poplave i smanjena dostupnost zemljišta bile bi manja prijetnja globalnoj sigurnosti hrane. Usjevi bi se također mogli uzgajati u gradovima i drugim područjima koja su trenutačno neprikladna za poljoprivredu, pa čak i u svemirskim letjelicama tijekom dugotrajnih planetarnih misija.