Nutzpflanzen, die komplett ohne Sonnenlicht wachsen können? Künstliche Photosynthese macht es möglich. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten für den Anbau von Nahrungsmitteln, unter den immer schwierigeren Bedingungen des anthropogenen Klimawandels.

Nutzpflanzen, die komplett ohne Sonnenlicht wachsen können: Das verspricht ein neues Forschungsprojekt. Forscher der University of California, Riverside, und der University of Delaware sollen einen Weg gefunden haben, die biologische Photosynthese zu umgehen und durch künstliche Photosynthese Nahrung unabhängig vom Sonnenlicht zu erzeugen.

Die Photosynthese hat sich in Pflanzen seit Millionen von Jahren entwickelt, um Wasser, Kohlendioxid und die Energie des Sonnenlichts in pflanzliche Biomasse und die Lebensmittel, die wir essen, umzuwandeln. Dieser Prozess ist jedoch sehr ineffizient, da nur etwa 1 % der im Sonnenlicht enthaltenen Energie in der Pflanze landet. Die in der Zeitschrift Nature Food veröffentlichte Forschungsarbeit zeigt, wie es möglich wäre, mit Hilfe künstlicher Photosynthese unabhängig vom Sonnenlicht Nahrung zu erzeugen. So soll künftig weniger landwirtschaftliche Fläche für den Anbau von Nutzpflanzen nötig sein.

Um alle Komponenten des Systems miteinander zu integrieren, wurde die Leistung des Elektrolyseurs optimiert, um das Wachstum von lebensmittelproduzierenden Organismen zu unterstützen. Elektrolyseure sind Geräte, die mithilfe von Strom Rohstoffe wie Kohlendioxid in nützliche Moleküle und Produkte umwandeln. Die Menge des produzierten Acetats wurde erhöht, während die Menge des verwendeten Salzes verringert wurde, was zu den höchsten Acetatwerten führte, die jemals in einem Elektrolyseur hergestellt wurden. Die nahrungsproduzierenden Organismen verbrauchen dann im Dunkeln das Acetat, um zu wachsen. In Kombination mit Solarzellen, die den Strom für die Elektrokatalyse erzeugen, soll dieses System die Effizienz der Umwandlung von Sonnenlicht in Lebensmittel erhöhen.

Erfolgreiche Experimente mit künstlicher Photosynthese

Die Experimente zeigten, dass eine Vielzahl von lebensmittelproduzierenden Organismen im Dunkeln direkt auf dem acetatreichen Elektrolyseurausgang gezüchtet werden können, darunter Grünalgen, Hefen und Pilzmyzel, die Pilze produzieren. Die Herstellung von Algen mit dieser Technologie ist etwa viermal energieeffizienter als die photosynthetische Zucht. Die Hefeproduktion ist etwa 18-mal energieeffizienter als die typische Kultivierung mit Zucker, der aus Mais gewonnen wird. Auch das Potenzial für den Einsatz dieser Technologie für den Anbau von Nutzpflanzen wurde untersucht. Kuhbohnen, Tomaten, Tabak, Reis, Raps und grüne Erbsen waren alle in der Lage, Kohlenstoff aus Acetat zu verwerten, wenn sie im Dunkeln angebaut wurden.

Durch die Befreiung von der Abhängigkeit von der Sonne eröffnet die künstliche Photosynthese unzählige Möglichkeiten für den Anbau von Nahrungsmitteln unter den immer schwierigeren Bedingungen des anthropogenen Klimawandels. Dürren, Überschwemmungen und eine geringere Landverfügbarkeit wären eine geringere Bedrohung für die globale Ernährungssicherheit, wenn Nutzpflanzen für Mensch und Tier in weniger ressourcenintensiven, kontrollierten Umgebungen wachsen würden. Auch in Städten und anderen Gebieten, die derzeit für die Landwirtschaft ungeeignet sind, könnte Getreide angebaut werden und sogar Nahrung für zukünftige Weltraumforscher liefern.


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Bild: Francesco Gallarotti auf Unsplash