Výzkumníci z Technické univerzity v Mnichově postavili solární systém, který přeměňuje oxid uhličitý a obnovitelný vodík na aminokyseliny. Proces je modulární, založený na enzymech a v současné době je ve fázi ověřování konceptu. Zatím nemá žádné komerční využití. Ukazuje však, že obnovitelná elektřina, zachycování uhlíku a biochemická výroba mohou fungovat jako jeden řetězec.
Jak funguje enzymový systém
Proces probíhá ve fázích. Obnovitelná elektřina nejprve vyrábí vodík elektrolýzou. Ten se slučuje s oxidem uhličitým za vzniku methanolu. Specializované enzymy poté methanol podrobují sérii reakcí, dokud se z něj nestanou aminokyseliny, základní stavební kameny bílkovin.
Tým popisuje design jako „plug-and-play“. Enzymové moduly lze vyměňovat nebo upravovat v závislosti na cílové sloučenině. Nejnovější verze produkuje sedm aminokyselin. Dřívější práce demonstrovaly tuto metodu pouze pro L-alanin. Nová studie, publikovaná v Nature Communications, přidává glycin, serin, kyselinu L-asparagovou, L-valin, kyselinu L-glutamovou a L-prolin.
Viktoria Lehmannová, doktorandka na katedře chemie biogenních zdrojů na TUM, uvedla, že aminokyseliny se široce používají v krmivech pro zvířata k doplnění požadavků na bílkoviny, zejména v mléčné výrobě. Dodala, že stávající výrobní metody spotřebovávají příliš mnoho zdrojů.
Tým TUM zasazuje výzkum do kontextu naléhavého zemědělského problému. Projekce OSN naznačují, že by se celosvětová poptávka po potravinách mohla do roku 2050 zvýšit přibližně o 60 procent. Očekává se, že dostupná zemědělská půda se ve stejném období zvýší jen nepatrně.
Kontext potravinové bezpečnosti
Tato mezera vede k zájmu o dodavatelské řetězce bílkovin, které jsou méně závislé na půdě, vodě a energeticky náročných plodinách. Konvenční výroba aminokyselin spotřebovává značné množství obou z nich. Solární technologie založená na emisích CO₂ by snížila závislost na těchto vstupech, alespoň v principu.
Volker Sieber, profesor chemie biogenních zdrojů a rektor TUM Campus Straubing, uvedl, že projekt přeměňuje sluneční světlo na chemické nosiče energie, než je přemění na užitečné stavební bloky bílkovin. Dodal, že tento přístup by časem mohl zlepšit produktivitu dostupné půdy a podpořit udržitelnější výrobu aminokyselin.
Tato tvrzení je třeba teprve ověřovat ve velkém měřítku. Výzkumníci uznávají, že současný výkon je pro jakékoli komerční nasazení příliš nízký.
Tým TUM identifikuje využití nad rámec výživy hospodářských zvířat. Sedm aminokyselin, které systém v současnosti produkuje, je také klíčovými složkami živných médií pro produkci masa z hospodářských zvířat. Toto využití propojuje technologii se samostatným, ale souvisejícím úsilím o snížení půdní stopy dodávek bílkovin.
Potenciální aplikace nad rámec krmiv pro zvířata
Výzkumníci se domnívají, že stejná platforma by mohla nakonec podporovat další hodnotové řetězce založené na CO₂, ačkoli v publikovaných materiálech neuvádějí, které.
Bezprostřední technickou prioritou je zlepšení výkonu enzymů. Výtěžek zůstává závazným omezením. Rozdíl mezi laboratorními demonstracemi a průmyslovým procesem je značný a tým je ohledně této vzdálenosti upřímný.
Co výzkum ukazuje a co neukazuje
Toto je demonstrace syntetické biologie. Ukazuje, že chemická dráha je životaschopná. Neukazuje, že tento proces dokáže produkovat aminokyseliny v objemech konkurenceschopných z hlediska nákladů.
Hlavním ověřeným zdrojem je článek v Nature Communications. TUM neoznámila komerčního partnera ani pilotní závod. Nebyl zveřejněn žádný časový harmonogram pro rozšíření projektu.
Pro investory a tvůrce politik, kteří sledují oblast alternativních proteinů, stojí tento výzkum za zmínku z jednoho konkrétního důvodu. Propojuje tři samostatné technologické oblasti – obnovitelné zdroje energie, přímé využití uhlíku ze vzduchu a biochemii související s přesnou fermentací – do jedné výrobní sekvence. Každá z těchto oblastí již přitahuje značný kapitál. Systém, který integruje všechny tři oblasti, by mohl, pokud se výnosy podstatně zlepší, změnit ekonomiku dodávek aminokyselin pro výrobce krmiv a potravin.
Sami vědci jsou ve svých tvrzeních umírnění. Práce poukazuje na metodu výroby surovin méně závislou na půdě, na které závisí moderní potravinové systémy. Zda někdy bude existovat průmyslová verze tohoto procesu, bude záviset na pokroku v enzymovém inženýrství, který bude i nadále předbíhat současnou vědu.
