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Solar-driven synthesis of proteins and lipids via photoelectrochemistry of living organisms

Description du projet

Repenser la production alimentaire en cultivant dans l’espace

Comment pouvons-nous cultiver des aliments sans sol, sans fermes et sans pollution? Le projet SOLARSPOON, financé par le CEI, est le pionnier d’une approche utilisant la lumière du soleil, l’air et l’eau pour produire directement des protéines et des lipides. En intégrant des bactéries photosynthétiques et des microbes producteurs d’aliments dans des dispositifs photoélectrochimiques biohybrides, SOLARSPOON permet la conversion à l’énergie solaire du CO2 et de l’azote en matières comestibles. Le système recourt à des cyanobactéries et à des colorants organiques pour générer des substrats riches en énergie, alimentant les cultures microbiennes hébergées dans le même dispositif. L’objectif est de dépasser l’efficacité de l’agriculture traditionnelle et d’atteindre 1 % d’efficacité de conversion solaire. Des communautés isolées aux futures missions spatiales, la vision de SOLARSPOON d’une production alimentaire propre et décentralisée pourrait redéfinir comment et où l’humanité se nourrit.

Objectif

Biohybrid systems offer unique energy-efficient routes to harness solar energy for the fixation of CO2 and nitrogen into valuable, complex molecules. This project will integrate living photosynthetic bacteria and food-producing autotrophic bacteria into stand-alone photoelectrochemical devices tailored for the direct production of proteins and lipids from sunlight, air and water. Cyanobacteria will supply electrons via light-driven water oxidation, organic dyes will provide these electrons with sufficient energy to generate substrates that would directly feed either a culture or a consortia of food producing microorganisms in the same device. The result will be the demonstration of the first direct conversion of CO2 and N2 from air to protein- or lipid-rich food materials using solar energy, with the aim to produce a prototype that can reach 1% solar-conversion efficiency or surpass present food production processes via agriculture.
Our bioengineering efforts will focus on three key innovations: (i) overcoming complex electron transfer pathway barriers at the cell-electrode interface, aided by the coupling of electrode engineering with advanced modelling of the interface; (ii) expanding the range of Solar-to-X products to two essential food groups (proteins and lipids), enabled by the formation of novel microbial consortia on redox polymer films that mitigate their conflicting microenvironment needs; and iii) device engineering that synergizes the different outputs and needs of the bio-anode and cathode whilst also facilitating easy food-product collection. The delivery of our envisioned Solar-to-Food devices will open the door to re-imagining sustainable food production for off-grid locations, kitchens in future households and spaceships. Current food industries, such as our partner Solar Foods, would be an immediate benefactor. Our envisioned solar-to-lipids production process could be a stepping stone to fuels production lines of the future.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-EIC - HORIZON EIC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-EIC-2024-PATHFINDERCHALLENGES-01

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Coordinateur

THE CHANCELLOR MASTERS AND SCHOLARS OF THE UNIVERSITY OF CAMBRIDGE
Contribution nette de l'UE
€ 1 103 809,50
Adresse
TRINITY LANE THE OLD SCHOOLS
CB2 1TN CAMBRIDGE
Royaume-Uni
Région
East of England East Anglia Cambridgeshire CC
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
Aucune donnée

Participants (4)