أثبتت دراسة جديدة نُشرت في 23 أكتوبر في مجلة “Joule” إمكانية توفير التغذية للنباتات دون الاعتماد على عملية التركيب الضوئي، بما يسمح لها بالنمو في الظلام.
تعتمد النباتات عادةً على التركيب الضوئي لتحويل ثاني أكسيد الكربون (CO2) إلى جزيئات قابلة للاستخدام، لكن هذه الدراسة تسلط الضوء على إمكانية تحقيق “الزراعة الكهربائية”، التي يمكن أن تفتح آفاقًا جديدة لنمو المحاصيل في أماكن غير مناسبة للزراعة، مثل المراكز الحضرية، والصحاري القاحلة، وحتى في بيئات الفضاء الخارجي.
تشير الدراسة إلى أن الزراعة الكهربائية قد تتيح إعادة زراعة مساحات واسعة من الأراضي المستخدمة حاليًا للزراعة بالأشجار، كما تناولت إمكانية استخدام هذه التقنية في الفضاء وعلى كوكب المريخ.
تستند هذه الابتكارات إلى عملية التحليل الكهربائي، التي تستخدم تيارًا كهربائيًا لتحفيز تفاعل كيميائي، وقد تم تطويرها منذ القرن الثامن عشر.
من خلال تحليل CO2، يمكن إنتاج مجموعة من الهيدروكربونات الأساسية والجزيئات البسيطة. ومع ذلك، تشير الدراسة إلى أن النباتات لا تستطيع استقلاب جميع هذه المنتجات، حيث يعد كل من الإيثانول والأسيتات صعبين نسبيًا في الإنتاج.
وذكر “فينغ جاو”، أحد مؤلفي الدراسة، لمجلة “Popular Science“: “في عملية التحليل الكهربائي الأساسية لـ CO2، يُعتبر الأسيتات منتجًا ثانويًا، حيث تبلغ نسبة الاختيار أقل من 10%”.
ولتكون هذه العملية فعالة كمصدر غذائي للنباتات، يتعين زيادة هذه النسبة بشكل كبير. تقدم الدراسة نهجًا جديدًا يتضمن “عملية التحليل الكهربائي المتسلسل”، حيث يتم أولاً تقليل CO2 إلى أول أكسيد الكربون (CO)، ثم تحويل CO إلى الأسيتات، مما يزيد من كفاءة الإنتاج.
وأشارت الدراسة إلى أن هذه الطريقة يمكن أن تصل إلى نسبة اختيار الأسيتات تصل إلى 90%، مع وجود 10% من المنتجات الثانوية مثل الإيثيلين والهيدروجين، والتي يمكن استخدامها في تطبيقات صناعية مختلفة.
وبالطبع، تتطلب عملية التحليل الكهربائي الكهرباء، مما يميز الزراعة الكهربائية عن الزراعة التقليدية، حيث تعتمد الأخيرة على التركيب الضوئي الذي لا يحتاج إلى طاقة. في هذا السياق، كما يقول “جاو” الذي يؤكد أن الطاقة اللازمة للزراعة الكهربائية يمكن أن تأتي من مصادر متجددة، رغم أنها لا تحتاج لذلك بالضرورة.
وقد أشارت الدراسة إلى أنه لتغذية جميع سكان الولايات المتحدة باستخدام هذه التقنية، ستحتاج الزراعة الكهربائية إلى حوالي 19,600 تيراواط ساعي سنويًا، وهو ما يعادل خمسة أضعاف إجمالي الطلب على الطاقة في الولايات المتحدة لعام 2023.
وتظل الأسئلة قائمة حول الجدوى العملية للزراعة الكهربائية، بما في ذلك مصدر CO2. وقد استعرضت الدراسة كيف يمكن استخدام 963 مليون طن من CO2 الناتج عن القطاع الصناعي لتغذية 56% من سكان الولايات المتحدة.
وعلى الرغم من الآمال الكبيرة التي تطرحها الدراسة حول “إمكانية تحرير نصف أراضي الولايات المتحدة من أجل استعادة النظم البيئية”، يبدو أن استخدام التحليل الكهربائي كبديل شامل للزراعة التقليدية لا يزال بعيد المنال.
وأكد “جاو” أن هذه التقنية قد تجد تطبيقات محدودة في المستقبل القريب، لكنه أشار إلى ضرورة القيام بمزيد من الأبحاث والتطوير لتحقيق هذه الفكرة بالكامل واستكشاف إمكاناتها الكاملة.