La production alimentaire est soumise au taux de photosynthèse, le mécanisme par lequel les plantes transforment la lumière du soleil, l’eau et le gaz en biomasse que nous et d’autres créatures terrestres mangeons. Malheureusement pour nous, ce mécanisme est très inefficace : seulement 1 % de l’énergie solaire atteint les plantes et les cultures.
La conséquence directe de ce manque d’efficacité est que la planète aura du mal à produire suffisamment de nourriture à grande échelle dans une société en constante croissance. En fait, la demande alimentaire devrait augmenter entre 59 et 98 % d’ici 2050. Et nous n’allons pas pouvoir nourrir autant de monde au rythme habituel.
La solution?
Passer de la photosynthèse biologique à une autre méthode moins dépendante. Une équipe de scientifiques de l’Université de Californie Riverside et de l’Université du Delaware (États-Unis) a développé une technique expérimentale de photosynthèse artificielle, qui met en œuvre un processus électrocatalytique en deux étapes qui convertit le dioxyde de carbone, l’eau et l’électricité générés par les panneaux solaires en acétate (le composant principal du vinaigre) ; et l’acétate peut être utilisé par les plantes pour pousser. La système hybride organique-inorganique pourrait augmenter l’efficacité de conversion de la lumière du soleil en nourriture, jusqu’à 18 fois plus efficace pour certains aliments.
« Un changement de paradigme dans la façon dont nous nourrissons les gens pourrait résulter de l’utilisation de la photosynthèse artificielle »
En contournant complètement le besoin de photosynthèse biologique et en créant des aliments indépendants de la lumière du soleil grâce à l’utilisation de la photosynthèse artificielle, cela serait possible. La recherche, publiée dans NatureAlimentation, expose comment les organismes producteurs d’aliments consommeraient de l’acétate dans l’obscurité pour se développer. La quantité d’acétate produite a augmenté tandis que la quantité de sel utilisée a été réduite, ce qui a entraîné les niveaux d’acétate les plus élevés jamais produits dans un électrolyseur à ce jour. Selon les chercheurs, ces résultats très sensibles ne peuvent pas être obtenus par les méthodes conventionnelles d’électrolyse au CO2.
multiples possibilités
Combiné avec des panneaux solaires pour générer de l’électricité pour alimenter le électrocatalyse, ce serait une méthode révolutionnaire pour résoudre le problème auquel nous serons confrontés tôt ou tard sur toute la planète en raison de l’existence d’une telle population à nourrir.
« Avec notre approche, nous cherchons à identifier une nouvelle façon de produire des aliments qui pourrait briser les limites normalement imposées par la photosynthèse biologique », dit-il. Robert Jinkersonprofesseur adjoint de génie chimique et environnemental à UC Riverside et co-auteur de l’article.
Les expériences ont révélé qu’un large éventail d’organismes producteurs d’aliments pourrait grandir dans le noir en utilisant l’électrolyseur riche en acétate, y compris les levures, les algues et le mycélium fongique. Les algues poussaient quatre fois plus qu’avec la photosynthèse conventionnelle et la production de levure était 18 fois plus économe en énergie que les méthodes traditionnelles.
Les récoltes de tomate, tabac, riz, canola et pois verts ils ont pu utiliser le carbone de l’acétate et se développer sans la lumière du soleil, ont montré les scientifiques. Le processus pourrait être utilisé en plus de la photosynthèse normale, ainsi qu’à sa place.
Ils peuvent pousser dans l’obscurité totale
« Nous avons découvert qu’un large éventail de cultures pouvait prendre l’acétate que nous fournissons et le convertir en principaux éléments moléculaires dont un organisme a besoin pour se développer et prospérer. » Marcus Harland Dunaway, scientifique des plantes et botaniste à UC Riverside. « Grâce à la sélection et à l’ingénierie sur lesquelles nous travaillons actuellement, nous pourrions faire pousser des cultures avec de l’acétate comme source d’énergie supplémentaire pour augmenter les rendements des cultures. »
La technique est « un changement de paradigme dans la façon dont nous nourrissons les gens qui pourrait résulter de l’utilisation de techniques de photosynthèse artificielle », disent les scientifiques. « Alors que la production alimentaire devient plus efficace, moins de terrain est nécessaire, qui réduit l’effet environnemental de l’agriculture ».
Étant donné que le nouveau système ne dépend pas de la lumière du soleil ou des conditions météorologiques, les aliments pourraient être cultivés dans des environnements contrôlés, même dans les régions du monde aux climats inhospitaliers. En libérant l’agriculture d’une dépendance totale au soleil, la photosynthèse artificielle ouvre la porte à d’innombrables possibilités pour cultiver des aliments dans les conditions de plus en plus difficiles imposées par le changement climatique anthropique.
« Imaginez un jour des navires géants cultivant des plants de tomates dans le noir et sur Mars, à quel point cela serait-il plus facile pour les futurs martiens ? », a déclaré la co-auteure Martha Orozco-Cárdenas, directrice du Centre de recherche sur la transformation des plantes de la même université.
La production alimentaire est soumise au taux de photosynthèse, le mécanisme par lequel les plantes transforment la lumière du soleil, l’eau et le gaz en biomasse que nous et d’autres créatures terrestres mangeons. Malheureusement pour nous, ce mécanisme est très inefficace : seulement 1 % de l’énergie solaire atteint les plantes et les cultures.