Forskere ved Münchens Tekniske Universitet har bygget et soldrevet system, der omdanner kuldioxid og vedvarende brint til aminosyrer. Processen er modulær, enzymbaseret og i øjeblikket på proof-of-concept-stadiet. Den har endnu ingen kommerciel anvendelse. Det viser dog, at vedvarende elektricitet, kulstofopsamling og biokemisk produktion kan fungere som en enkelt kæde.
Hvordan enzymsystemet fungerer
Processen foregår i etaper. Vedvarende elektricitet producerer først brint gennem elektrolyse. Denne brint kombineres med kuldioxid for at danne methanol. Specialiserede enzymer leder derefter methanolen gennem en række reaktioner, indtil den bliver til aminosyrer, de grundlæggende byggesten i proteiner.
Holdet beskriver designet som "plug-and-play". Enzymmoduler kan udskiftes eller justeres afhængigt af målforbindelsen. Den seneste version producerer syv aminosyrer. Tidligere arbejde havde demonstreret metoden for L-alanin alene. Det nye studie, offentliggjort i Nature Communications, tilføjer glycin, serin, L-asparaginsyre, L-valin, L-glutaminsyre og L-prolin.
Viktoria Lehmann, ph.d.-forsker ved TUM's Chair of Chemistry of Biogenic Resources, sagde, at aminosyrer er meget anvendt i dyrefoder til at supplere proteinbehovet, især i mejeriproduktionen. Hun sagde, at eksisterende produktionsmetoder bruger for mange ressourcer.
TUM-teamet sætter forskningen i lyset af et presserende landbrugsproblem. FN's prognoser tyder på, at den globale fødevareefterspørgsel kan stige med omkring 60 procent inden 2050. Det tilgængelige landbrugsareal forventes kun at stige marginalt i samme periode.
Konteksten for fødevaresikkerhed
Denne kløft driver interessen for proteinforsyningskæder, der er mindre afhængige af jord, vand og energiintensive afgrøder. Konventionel aminosyreproduktion forbruger betydelige mængder af begge dele. En soldrevet, CO₂-baseret rute ville reducere afhængigheden af disse input, i hvert fald i princippet.
Volker Sieber, professor i kemi for biogene ressourcer og rektor for TUM Campus Straubing, sagde, at projektet kanaliserer sollys til kemiske energibærere, før de omdannes til nyttige proteinbyggesten. Han sagde, at tilgangen med tiden kunne forbedre produktiviteten af tilgængelig jord og understøtte mere bæredygtig aminosyreproduktion.
Disse påstande skal stadig testes i stor skala. Forskerne erkender, at den nuværende produktion er alt for lav til nogen kommerciel implementering.
TUM-teamet identificerer anvendelser ud over husdyrs ernæring. De syv aminosyrer, som systemet i øjeblikket producerer, er også nøgleingredienser i næringsmedier til produktion af dyrket kød. Denne anvendelse forbinder teknologien med en separat, men relateret indsats for at reducere det landmæssige fodaftryk fra proteinforsyningen.
Potentielle anvendelser ud over dyrefoder
Forskerne mener, at den samme platform i sidste ende kan understøtte andre CO₂-baserede værdikæder, selvom de ikke specificerer hvilke i det offentliggjorte materiale.
Den umiddelbare tekniske prioritet er at forbedre enzymernes ydeevne. Udbyttet er fortsat den bindingsmæssige begrænsning. Kløften mellem laboratoriedemonstration og industriel proces er betydelig, og teamet er ærligt om denne afstand.
Hvad forskningen viser og ikke viser
Dette er en demonstration af syntetisk biologi. Den viser, at den kemiske proces er brugbar. Den viser ikke, at processen kan producere aminosyrer i omkostningskonkurrencedygtige mængder.
Nature Communications-artiklen er den primære verificerede kilde. TUM har ikke annonceret en kommerciel partner eller et pilotanlæg. Der er ikke offentliggjort nogen tidsplan for opskalering.
For investorer og beslutningstagere, der følger markedet for alternative proteiner, er forskningen værd at bemærke af én specifik grund. Den forbinder tre separate teknologiområder, vedvarende energi, direkte kulstofudnyttelse i luften og præcisionsfermenteringsbaseret biokemi, i én produktionssekvens. Hvert af disse områder tiltrækker allerede betydelig kapital. Et system, der integrerer alle tre, kan, hvis udbyttet forbedres væsentligt, ændre økonomien i aminosyreforsyning til foder- og fødevareproducenter.
Forskerne selv er målrettede i deres påstande. Arbejdet peger mod en mindre jordafhængig metode til at producere råmaterialer, som moderne fødevaresystemer er afhængige af. Om en industriel version af denne proces nogensinde eksisterer, vil afhænge af enzymtekniske fremskridt, der forbliver foran den nuværende videnskab.
