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| Prototipo. Crédito: Feng Jiao |
La fotosíntesis, el proceso fundamental que sustenta la vida en la Tierra, tiene un gran inconveniente: es muy ineficiente y sólo convierte en energía química alrededor del 1% de la energía luminosa absorbida. En un nuevo y audaz artículo publicado en Joule el 23 de octubre, los bioingenieros proponen un enfoque innovador para la producción de alimentos llamado «electroagricultura». Este método pretende sustituir la fotosíntesis por una reacción química alimentada por energía solar que transforme el CO2 en un compuesto orgánico que las plantas puedan consumir.
Los investigadores calculan que si la electroagricultura se adoptara en todo Estados Unidos, podría reducir la tierra necesaria para la agricultura en un asombroso 94%. Este método también es prometedor para cultivar alimentos en el espacio, ampliando aún más los límites de la ciencia agrícola.
Según Robert Jinkerson, ingeniero biológico de la Universidad de California en Riverside, «al eliminar la necesidad de luz solar para el crecimiento de las plantas, podemos desvincular la agricultura del medio ambiente y cultivar alimentos en interiores controlados. Es hora de elevar la agricultura a la siguiente fase tecnológica».
La electroagricultura imagina un futuro en el que los campos de cultivo se sustituyan por edificios de varios pisos equipados con paneles solares. Estos paneles captarían la luz solar e impulsarían una reacción química entre el CO2 y el agua, produciendo acetato, una molécula parecida al ácido acético, ingrediente principal del vinagre. Este acetato se utilizaría para alimentar plantas cultivadas hidropónicamente. Además, el acetato podría nutrir a otros organismos productores de alimentos como setas, levaduras y algas.
«El objetivo de este proceso es aumentar significativamente la eficiencia de la fotosíntesis», explica Feng Jiao, electroquímico de la Universidad de Washington en San Luis y autor principal del estudio. Louis y autor principal del estudio. «En la actualidad, alcanzamos una eficiencia del 4%, cuatro veces la de la fotosíntesis natural. Este aumento de la eficiencia se traduce en una menor huella de CO2 para la producción de alimentos».
Para crear plantas consumidoras de acetato, los investigadores están reactivando una vía metabólica que las plantas en germinación utilizan para descomponer el alimento almacenado en sus semillas. Esta vía se cierra cuando las plantas empiezan la fotosíntesis, pero reactivarla podría permitirles obtener energía y carbono del acetato.
«Estamos trabajando para reactivar esta vía en plantas adultas», explica Jinkerson. «Es similar a la intolerancia a la lactosa en humanos: los bebés digieren la lactosa, pero muchos adultos no pueden. En esencia, estamos reactivando una capacidad latente en las plantas».
El equipo se centra inicialmente en la ingeniería genética de tomates y lechugas, pero planea dedicarse más adelante a cultivos básicos ricos en calorías como la mandioca, el boniato y los cereales. Aunque han conseguido que las plantas utilicen el acetato junto con la fotosíntesis, su objetivo final es diseñar plantas que puedan depender por completo del acetato, eliminando la necesidad de luz.
«En el caso de las plantas, aún estamos en la fase de I+D, pero estamos avanzando», afirma Jinkerson. «Sin embargo, organismos como los hongos, la levadura y las algas ya pueden cultivarse de esta forma, así que esperamos que esas aplicaciones se comercialicen primero».
Los investigadores también pretenden perfeccionar sus métodos de producción de acetato para mejorar aún más la eficacia de este sistema de fijación del carbono. «Esto es sólo el principio», afirma Jiao. «Esperamos ver mejoras significativas en la eficiencia y el coste en un futuro próximo».
Este enfoque radical de la producción de alimentos podría revolucionar la agricultura, haciéndola más sostenible y eficiente al tiempo que abre nuevas posibilidades para el cultivo de alimentos en diversos entornos.