A fotoszintézisnek több formája is ismert, amelyek közül a legelterjedtebb a növények oxigéntermelő fotoszintézise. Ennek során szervetlen anyagokból (szén-dioxidból és vízből) szerves anyag (cukor) keletkezik, melléktermékként pedig a növények oxigént bocsátanak ki. A fotoszintézis két szakaszból áll: az úgynevezett "fény-szakasz" vagy fényreakció során a növény a beérkezett fényenergiát kémiai energiává alakítja, majd a "sötét szakaszban" megköti a szén-dioxidot és azt felhasználja a növekedéshez.

A Kaliforniai Egyetem beszámolója szerint a kutatók most arra jöttek rá, hogyan lehet a fény-szakaszt elektrokatalízissel kiváltani, amivel sikerült jóval hatékonyabbá tenni a folyamatot: míg a biológiai fotoszintézis során a napfény energiájának mindössze egy százaléka hasznosul, addig az új eljárással akár 18-szoros hatékonyság is elérhető. Ehhez az elektrokatalitikus reakció során a szén-dioxidot és a vizet elektromosság segítségével acetáttá alakítják, az organizmusok pedig ezt fogyasztják el, aminek hatására növekedésnek indulnak. A Nature Food szakfolyóiratban megjelent tanulmány megemlíti, hogy a rendszer a leghatékonyabban úgy működhet, ha a folyamathoz szükséges elektromos áramot napelemek segítségével állítják elő, vagyis bár maguknak a növényeknek valóban nincs szükségük fényre a mesterséges fotoszintézishez, a napfény, mint olyan, azért továbbra sem vonható ki a képletből.

Az eddigi kísérletek alapján az eljárás többek között zöld algáknál, élesztőgombáknál és a gombákat képező micéliumnál is működik: algák tenyésztésénél az energiafelhasználás négyszer hatékonyabbnak bizonyult, mint a biológiai fotoszintézis esetében, míg például az élesztőgombáknál 18-szoros hatékonyságot figyeltek meg. A kutatók emellett haszonnövényekkel is kipróbálták az eljárást, amit többek között paradicsomnál, dohánynál, rizsnél, repcénél és zöldborsónál is eredményesen alkalmaztak.

"A mesterséges fotoszintézissel való élelmiszertermesztés paradigmaváltást hozhat az emberek élelmezésében" - mondta el Rober Jinkerson, a Kaliforniai Egyetem Riverdale-i kampuszának (UC Riverdale) vegyész- és környezetmérnöki adjunktusa, kifejtve, hogy az élelmiszertermesztés hatékonyságának növelésével kevesebb termőföldre lesz szükség, ezáltal pedig csökkenthetők a mezőgazdaság környezetre gyakorolt káros hatásai. "Ami a nem hagyományos környezetben való mezőgazdaságot illeti, mint amilyen a világűr, a magasabb energiahatékonyság segíthet, hogy több ember juthasson táplálékhoz" - vetette fel az eredmények másik lehetséges hasznát a tanulmány társszerzője.

(Fotó: Marcus Harland-Dunaway/UCR)

Laboron kívül, közönséges napelemmel kombinálva működött a mesterséges fotoszintézis egy új katalizátornak köszönhetően A katalizátor kereskedelmi forgalomban kapható napelemekkel együtt is működik, és hatékonyabban alakítja át a szén-dioxidot, mint bármely más, hasonló rendszer eddig – a kísérletek során ráadásul külső környezetben is működött.