Na trajetória da inovação alimentar, começamos com a carne artificial em laboratórios, seguida pela impressão 3D de carne. Agora, surge a produção de alimentos através da fotossíntese artificial. Apesar de não ser uma novidade, recordo-me de coordenar um simpósio sobre esse tema entre cientistas do Brasil e da Finlândia há mais de uma década.
A fotossíntese, fundamental para a vida na Terra, evoluiu ao longo de milhões de anos, convertendo água, dióxido de carbono e energia solar em biomassa. Contudo, o processo é ineficiente, acumulando apenas cerca de 1% da energia incidente nos fotoassimilados. Tentativas de melhorar a eficiência fotossintética dos vegetais não têm gerado ganhos significativos, limitando essa abordagem.
A fotossíntese artificial é um processo químico que replica a transformação natural da luz solar, água e dióxido de carbono em carboidratos e oxigênio. Esse termo refere-se a esquemas que capturam e armazenam a energia da luz solar em substâncias químicas, como a separação fotocatalítica da água, gerando hidrogênio e oxigênio, e a redução de dióxido de carbono impulsionada pela luz.
No campo da energia limpa, as pesquisas abrangem dispositivos para a produção direta de combustíveis solares, a fotoeletroquímica e sua aplicação em células de combustível, além da engenharia de enzimas e microrganismos fotoautotróficos para a obtenção de biocombustíveis a partir da luz solar.
A reação fotossintética, fundamental para as plantas, se divide em duas fases: oxidação e redução. Nas plantas, a primeira fase envolve a foto-oxidação das moléculas de água para liberar oxigênio e prótons. A segunda fase, conhecida como ciclo de Calvin-Benson, é uma reação independente de luz que converte o dióxido de carbono em glicose.
Os pesquisadores na área de fotossíntese artificial estão trabalhando no desenvolvimento de fotocatalisadores capazes de realizar as duas fases da reação fotossintética. Esses catalisadores têm a capacidade de realizar reações rápidas, absorvendo uma significativa porcentagem dos fótons solares incidentes. Além disso, os prótons resultantes da separação da água podem ser utilizados na produção de hidrogênio.
A produção de biocombustíveis a partir de biomassa enfrenta desafios como baixa eficiência na conversão de energia, custos elevados de colheita e transporte do combustível, além de possíveis conflitos com a produção de alimentos. Com o avanço dos catalisadores capazes de replicar as principais etapas da fotossíntese, a água e a luz solar tornariam-se as únicas fontes necessárias para a produção de energia limpa, apresentando custos mais baixos que o petróleo, com oxigênio como único subproduto.
Cientistas das Universidades da Califórnia e Delaware desenvolveram uma tecnologia que contorna a necessidade de fotossíntese biológica, permitindo a criação de alimentos independentes da luz solar por meio da fotossíntese artificial. Além disso, pesquisadores chineses da Universidade de Tianjin publicaram um processo bem-sucedido que combina abordagens biológicas e eletroquímicas.
A tecnologia dos EUA utiliza um processo eletrocatalítico de duas etapas para converter dióxido de carbono, eletricidade e água em acetatos. Organismos produtores de alimentos consomem acetato no escuro para seu crescimento. O sistema híbrido orgânico-inorgânico pode aumentar a eficiência de conversão da luz solar em alimentos. Integrado com painéis solares para gerar energia e alimentar a eletrocatálise, o sistema possibilita uma eficiência até 18 vezes maior em comparação com a fotossíntese natural.
Os eletrolisadores, dispositivos que usam eletricidade para converter matérias-primas como dióxido de carbono em moléculas úteis, são cruciais para a integração de todos os componentes do sistema. Sua saída foi otimizada para suportar o crescimento de organismos produtores de alimentos. Experimentos demonstraram que uma ampla gama desses organismos pode ser cultivada no escuro diretamente na saída do eletrolisador, utilizando o acetato produzido no sistema. A produção de algas com essa tecnologia é cerca de quatro vezes mais eficiente em termos energéticos do que pela fotossíntese, enquanto a produção de levedura é aproximadamente 18 vezes mais eficiente.
Ao libertar a agricultura da dependência total do sol, a fotossíntese artificial oferece possibilidades inovadoras de cultivo de alimentos, mesmo em condições adversas causadas pelas mudanças climáticas. Essa abordagem pode reduzir os impactos de secas, inundações e escassez de terra, tornando-se menos ameaçadora para a segurança alimentar global. Além disso, as abordagens de fotossíntese artificial podem representar uma mudança de paradigma na produção de alimentos, tornando-a mais eficiente em termos de terra e com menor impacto ambiental.
Embora a principal contribuição esperada da fotossíntese artificial seja na produção de energia limpa, há previsões de que, nas próximas décadas, essa abordagem também será cada vez mais utilizada na produção de alimentos. O desenvolvimento contínuo nesse campo pode revolucionar a forma como enfrentamos os desafios globais relacionados à agricultura, energia e sustentabilidade.
Os eletrolisadores, dispositivos que usam eletricidade para converter matérias-primas como dióxido de carbono em moléculas úteis, são cruciais para a integração de todos os componentes do sistema. Sua saída foi otimizada para suportar o crescimento de organismos produtores de alimentos. Experimentos demonstraram que uma ampla gama desses organismos pode ser cultivada no escuro diretamente na saída do eletrolisador, utilizando o acetato produzido no sistema. A produção de algas com essa tecnologia é cerca de quatro vezes mais eficiente em termos energéticos do que pela fotossíntese, enquanto a produção de levedura é aproximadamente 18 vezes mais eficiente.
Ao libertar a agricultura da dependência total do sol, a fotossíntese artificial oferece possibilidades inovadoras de cultivo de alimentos, mesmo em condições adversas causadas pelas mudanças climáticas. Essa abordagem pode reduzir os impactos de secas, inundações e escassez de terra, tornando-se menos ameaçadora para a segurança alimentar global. Além disso, as abordagens de fotossíntese artificial podem representar uma mudança de paradigma na produção de alimentos, tornando-a mais eficiente em termos de terra e com menor impacto ambiental.
Embora a principal contribuição esperada da fotossíntese artificial seja na produção de energia limpa, há previsões de que, nas próximas décadas, essa abordagem também será cada vez mais utilizada na produção de alimentos. O desenvolvimento contínuo nesse campo pode revolucionar a forma como enfrentamos os desafios globais relacionados à agricultura, energia e sustentabilidade.
Os eletrolisadores, que convertem dióxido de carbono em moléculas e produtos úteis por meio de eletricidade, são essenciais para integrar os componentes do sistema. A saída do eletrolisador foi especialmente otimizada para apoiar o crescimento de organismos produtores de alimentos.
Após o desenvolvimento do sistema conceitual, experimentos foram conduzidos, revelando que uma variedade de organismos produtores de alimentos pode ser cultivada no escuro diretamente na saída do eletrolisador, utilizando o acetato produzido pelo sistema. Isso inclui algas verdes, leveduras e cogumelos. A produção de algas com essa tecnologia é aproximadamente quatro vezes mais eficiente em termos energéticos do que a fotossíntese. Por outro lado, a produção de levedura é cerca de 18 vezes mais eficiente, energeticamente, em comparação com a produção usando dextrose de milho.
Os organismos mencionados têm a capacidade de gerar elementos nutricionais fundamentais, como aminoácidos e carboidratos de baixo peso molecular, que são posteriormente transformados em alimentos por meio de processos industriais. Diversas plantas, como feijão caupi, tomate, tabaco, arroz, canola e ervilha verde, demonstraram a capacidade de utilizar o carbono proveniente do acetato para o seu desenvolvimento quando cultivadas no escuro.
O uso de estratégias de fotossíntese artificial na produção de alimentos pode representar uma mudança de paradigma na maneira como garantimos a alimentação global. Aumentar a eficiência na produção de alimentos reduz a necessidade de extensas áreas de terra, diminuindo assim o impacto ambiental da agricultura.
Acredito que a principal contribuição da fotossíntese artificial estará na produção de energia limpa. Contudo, nos próximos anos, prevejo que cada vez mais alimentos serão produzidos por meio dessa abordagem.
Sobre o CCAS: O Conselho Científico Agro Sustentável (CCAS) é uma organização da sociedade civil estabelecida em 15 de abril de 2011, com sede no município de São Paulo-SP. Seu objetivo principal é discutir temas relacionados à sustentabilidade da agricultura e posicionar-se de forma clara sobre o assunto. O CCAS, uma entidade privada e associativa, compromete-se com a imparcialidade, ética e transparência em suas ações, valorizando sempre o conhecimento científico.
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Fonte: https://pontoevirgulanoticias.com/noticia/26908/a-revolucao-na-producao-de-alimentos-e-energia-limpa
