Adiós a la fotosíntesis: La electroagricultura revoluciona el cultivo de alimentos sin luz y sin tierra

Desde la escuela nos enseñaron que el proceso de la fotosíntesis, función clorofílica era vital para la vida de las plantas, un proceso químico natural que podrá potenciarse con la electroagricultura.

El proceso químico de la fotosíntesis consiste en la conversión de materia inorgánica a materia orgánica gracias a la energía que aporta la luz solar, la base de la vida en nuestro planeta, que se mantiene fundamentalmente gracias a la síntesis que realizan las plantas en el medio acuático o terrestre.

Ahora todo esto puede quedar un poco desactualizado y es posible que en los libros de texto del futuro se añada a la explicación de la fotosíntesis el avance de la electroagricultura, como otra fórmula para cultivar plantas y obtener alimentos de forma más sostenible y como solución a la hambruna mundial.

Sin luz y sin tierra

Este llamativo avance viene de la mano de un equipo de bioingenieros que ha desarrollado un nuevo método que consigue que las plantas produzcan alimentos en la oscuridad y con un 94% menos de tierra.

Es lo que han expuesto los científicos de las universidades estadounidenses de Washington en San Luis, Delaware y California en la revista Joule explicando el proceso en el artículo Electroagricultura: revolucionando la agricultura para un futuro sostenible.

El método, que básicamente saca mayor partido a la energía de las plantas, se pone en contexto razonando que «la demanda de producción de alimentos se está intensificando con una población en rápido crecimiento, pero los agricultores de todo el mundo se enfrentan a desafíos sin precedentes debido a las condiciones climáticas cambiantes».

Adiós a la fotosíntesis

Durante milenios, la humanidad ha dependido de la fotosíntesis para cultivar alimentos, una reacción química que permite casi toda la vida en la Tierra, pero que es extremadamente ineficaz para captar energía: sólo alrededor del 1% de la luz que absorbe una planta se convierte en energía química dentro de ella.

El artículo presenta un nuevo método que sustituye la fotosíntesis por una reacción química alimentada por energía solar que convierte el CO₂ en una molécula orgánica que las plantas estarían genéticamente diseñadas para comer.

El entorno controlado y la agricultura vertical han surgido como una posible solución para aumentar la eficiencia del uso de los recursos y la producción de alimentos por unidad de tierra, al tiempo que permiten el cultivo en regiones urbanas y áridas, pero su adopción generalizada se ha visto obstaculizada por los importantes requisitos de energía.

Cómo se logra la electroagricultura

De este modo, veremos cultivos en entornos cerrados, controlados, con poca luz y con las plantas creciendo en bandejas colocadas en altura, con varios pisos y alimentadas con sistemas hidropónicos.

Todo ello, a modo de resumen, dará muchas ventajas ambientales, menos consumo de agua, de energía para cutivarlas y liberar terrenos agrícolas que podrán ser restaurados para aumentar la biodiversidad y mitigar el impacto climático.

Los recientes avances en la electrólisis de CO₂ _/ CO, así como los progresos en ingeniería genética y cría selectiva, han sentado las bases para el surgimiento de la electroagricultura, que reduce sustancialmente las necesidades energéticas de la agricultura vertical.

Cultivar en Marte

El artículo recuerda que un sistema alimentario global basado en la agricultura eléctrica tiene muchas ventajas. Al mejorar la eficiencia y reducir el uso de la tierra, una gran parte de la superficie terrestre podría recuperar su estado natural para restaurar los ecosistemas que sustentan la captura natural de carbono.

Y es que la gran ventaja es que la implantación de la electroagricultura puede desarrollarse «en entornos extremos, como desiertos, ciudades o incluso en Marte, donde de otro modo es difícil cultivar alimentos», afirman sus impulsores.

Otra de las ventajas de la agricultura eléctrica es que también puede ayudar a evitar picos devastadores en los precios de los alimentos al reducir el impacto de las condiciones climáticas extremas y localizar la producción de alimentos.

Revolución alimentaria

En este contexto, la agricultura eléctrica está preparada para revolucionar el ámbito de la producción de alimentos al ofrecer una vía sostenible hacia un sistema alimentario más resiliente y equitativo.

Los esfuerzos futuros deberían buscar mejorar aún más la eficiencia energética de la agricultura eléctrica mientras se trabaja hacia la producción de cultivos básicos densos en calorías para ayudar a combatir el hambre mundial.

Desvincular la agricultura del medioambiente

«Si ya no necesitamos cultivar plantas con la luz del sol, entonces podemos desvincular la agricultura del medioambiente y cultivarlas en interiores, en entornos controlados», asegura el ingeniero biológico Robert Jinkerson, de la Universidad de California.

Se trata de «llevar la agricultura a la siguiente fase de la tecnología, y producirla de forma controlada y desvinculada de la naturaleza tiene que ser el siguiente paso», opina el autor del trabajo.

Un 94% menos de uso de tierras

El equipo calcula que si todos los alimentos de Estados Unidos se produjeran mediante electroagricultura, se reduciría en un 94% la cantidad de tierra necesaria para la agricultura.

Los autores de este sistema recuerdan que en la actualidad, Estados Unidos utiliza más de la mitad de su tierra para la agricultura. «Si se mejora la eficiencia energética de la agricultura mediante la electroagricultura, se pueden lograr enormes reducciones en el uso de tierras agrícolas», afirman.

En sus proyecciones aventuran que «si todos los alimentos de Estados Unidos se produjeran mediante electroagricultura, el uso total de tierras para la agricultura podría reducirse en un 88%, de 1.200 millones de acres a sólo 0,14 mil millones de acres».

«Esto liberaría más de mil millones de acres para la recuperación de la naturaleza, con el fin de restaurar los ecosistemas naturales que existían antes de la intervención humana», concluyen en el artículo.

Agricultura del futuro

Según explica el artículo, la electroagricultura supondría sustituir los campos de cultivo por edificios de varios pisos. Los paneles solares situados en los edificios o cerca de ellos absorberían la radiación solar y con esta energía se alimentaría una reacción química entre el CO₂ y el agua que produciría acetato, una molécula que serviría de alimento para plantas cultivadas hidropónicamente .

El método también podría utilizarse para cultivar otros organismos productores de alimentos, ya que el acetato es usado de forma natural por setas, levaduras y algas.

«El objetivo de este nuevo proceso es aumentar la eficiencia de la fotosíntesis. Ahora mismo, estamos en torno al 4% de eficiencia, que ya es cuatro veces mayor que la de la fotosíntesis, y como todo es más eficiente con este método, la huella de CO2 asociada a la producción del alimento se hace mucho menor», explica Feng Jiao, de la Universidad de Washington en San Luis y autor principal del estudio.

Diseño genético

Para diseñar genéticamente las plantas que comen acetato, los investigadores aprovechan una vía metabólica que las plantas en germinación usan para descomponer el alimento almacenado en sus semillas.

Esta vía se desactiva cuando las plantas son capaces de realizar la fotosíntesis, pero volver a activarla les permitiría utilizar el acetato como fuente de energía y carbono.

«Es un proceso análogo a la intolerancia a la lactosa en los humanos: de bebés podemos digerir la lactosa de la leche, pero muchas personas desactivan esa vía cuando crecen. Es más o menos la misma idea, sólo que para las plantas», detalla Jinkerson.

Tomates y lechugas «eléctricas»

El equipo está centrando su investigación inicial en los tomates y las lechugas, pero en el futuro prevé ampliarla a cultivos básicos ricos en calorías como la yuca, la batata y los cereales.

De momento, han conseguido diseñar plantas que pueden utilizar acetato además de la fotosíntesis, pero su objetivo final es diseñar plantas que puedan obtener toda la energía que necesitan del acetato, lo que significa que no necesitarían luz.

Entre 3 y siete pisos

En cuanto a su formato se estima que un sistema de electroagricultura típico tendrá entre 3 y 7 pisos, entre 10 y 23 metros de altura, dependiendo del tipo de alimento producido.

Algunos cultivos, como el maíz, pueden crecer hasta una altura de un piso, mientras que otros, como la lechuga, pueden apilarse fácilmente en múltiples capas dentro de un solo piso.

Hasta la fecha, este sistema de agricultura eléctrica ya ha demostrado una mejora de cuatro veces en la eficiencia energética para la producción de biomasa en comparación con el crecimiento de cultivos fotosintéticos, y otras mejoras están a la vuelta de la esquina.

Menos agua

El papel de los sistemas hidropónicos es también fundamental, ya que reduce el uso de agua en un 95% en comparación con la agricultura convencional.

Este sistema elimina la necesidad de pesticidas y también utiliza los fertilizantes de forma mucho más eficiente, por lo que la ventaja ambiental es palpable al evitar que los fertilizantes aplicados se filtren al medioambiente como ocurre con las prácticas agrícolas convencionales, lo que provoca un aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero y la eutrofización de las vías fluviales.

Los científicos defienden en su paper que la aparición de la agricultura eléctrica ha demostrado que se puede lograr una eficiencia energética de al menos el 4% y que sería un impulso para los productos vegetales pero, también, para los productos que sustituyan a la carne.

Alternartiva a la carne

Es lo que afirman, defendiendio que «al utilizar la agricultura eléctrica para crear alternativas a los productos animales, se podrían amplificar las ganancias de eficiencia que ofrecen los productos de origen vegetal».

Por ejemplo, la agricultura eléctrica permitiría que una hamburguesa de origen vegetal fuera 200 veces más eficiente que la carne de vacuno, en lugar de 50 veces más eficiente que la carne de vacuno cuando esa misma hamburguesa vegetal se produce con ingredientes derivados de la fotosíntesis.

Menos emisiones

Esta mejora de la eficiencia energética permitiría una reducción masiva de las emisiones de gases de efecto invernadero y de los recursos naturales necesarios para alimentar a la población humana.

El equipo también tiene previsto seguir perfeccionando su método de producción de acetato para que el sistema de fijación del carbono sea aún más eficiente: «Éste es sólo el primer paso. Creo que existe la esperanza de que su eficiencia y coste mejoren significativamente en un futuro próximo», concluye Jiao.