Münchenin teknillisen yliopiston tutkijat ovat rakentaneet aurinkoenergialla toimivan järjestelmän, joka muuntaa hiilidioksidia ja uusiutuvaa vetyä aminohapoiksi. Prosessi on modulaarinen, entsyymipohjainen ja tällä hetkellä konseptin todistevaiheessa. Sillä ei ole vielä kaupallista sovellusta. Se osoittaa kuitenkin, että uusiutuva sähkö, hiilen talteenotto ja biokemiallinen tuotanto voivat toimia yhtenä ketjuna.
Miten entsyymijärjestelmä toimii
Prosessi etenee vaiheittain. Uusiutuva sähkö tuottaa ensin vetyä elektrolyysin avulla. Tämä vety yhdistyy hiilidioksidiin ja muodostaa metanolia. Erikoistuneet entsyymit vievät sitten metanolin läpi sarjan reaktioita, kunnes siitä tulee aminohappoja, proteiinien perusrakenneosia.
Tiimi kuvailee suunnittelua "plug-and-play"-menetelmäksi. Entsyymimoduuleja voidaan vaihtaa tai säätää kohdeyhdisteen mukaan. Uusin versio tuottaa seitsemää aminohappoa. Aiempi työ oli osoittanut menetelmän toimivan pelkästään L-alaniinilla. Nature Communications -lehdessä julkaistussa uudessa tutkimuksessa menetelmään lisätään glysiiniä, seriiniä, L-asparagiinihappoa, L-valiinia, L-glutamiinihappoa ja L-proliinia.
TUMin biogeenisten resurssien kemian professorin tohtoritutkija Viktoria Lehmann sanoi, että aminohappoja käytetään laajalti eläinten rehuissa proteiinin tarpeen täydentämiseksi, erityisesti maidontuotannossa. Hän sanoi, että nykyiset tuotantomenetelmät kuluttavat liikaa resursseja.
TUM-tiimi asettaa tutkimuksensa polttavan maatalousongelman varaan. Yhdistyneiden Kansakuntien ennusteiden mukaan maailmanlaajuinen ruoan kysyntä voi nousta noin 60 prosenttia vuoteen 2050 mennessä. Käytettävissä olevan maatalousmaan odotetaan kasvavan vain marginaalisesti samana aikana.
Elintarviketurvan konteksti
Tämä kuilu lisää kiinnostusta proteiinin toimitusketjuihin, jotka ovat vähemmän riippuvaisia maasta, vedestä ja energiaintensiivisistä viljelykasveista. Perinteinen aminohappojen tuotanto kuluttaa merkittäviä määriä molempia. Aurinkoenergialla toimiva, hiilidioksidipohjainen reitti vähentäisi riippuvuutta näistä panoksista ainakin periaatteessa.
Biogeenisten luonnonvarojen kemian professori ja TUM Campus Straubingin rehtori Volker Sieber sanoi, että hanke kanavoi auringonvaloa kemiallisiksi energiankantajiksi ennen niiden muuttamista hyödyllisiksi proteiinien rakennuspalikoiksi. Hän sanoi, että lähestymistapa voisi ajan myötä parantaa käytettävissä olevan maan tuottavuutta ja tukea kestävämpää aminohappojen valmistusta.
Näitä väitteitä on vielä testattava laajamittaisesti. Tutkijat myöntävät, että nykyinen tuotanto on aivan liian alhainen kaupalliseen käyttöön.
TUM-tiimi tunnistaa käyttötarkoituksia karjan ravinnon lisäksi. Järjestelmän tällä hetkellä tuottamat seitsemän aminohappoa ovat myös keskeisiä ainesosia viljellyn lihantuotannon ravintoalustoissa. Tämä sovellus yhdistää teknologian erilliseen mutta toisiinsa liittyvään pyrkimykseen vähentää proteiinin tarjonnan maankäyttöä.
Mahdollisia sovelluksia eläinten rehun ulkopuolella
Tutkijat uskovat, että sama alusta voisi lopulta tukea muita hiilidioksidipohjaisia arvoketjuja, vaikka he eivät julkaistuissa materiaaleissa täsmennä mitä.
Välitön tekninen prioriteetti on entsyymien suorituskyvyn parantaminen. Saanto on edelleen sitova rajoite. Laboratoriodemonstraation ja teollisen prosessin välinen ero on merkittävä, ja tiimi on avoin tästä erosta.
Mitä tutkimus osoittaa ja ei osoita
Tämä on synteettisen biologian demonstraatio. Se osoittaa, että kemiallinen reitti on toimiva. Se ei osoita, että prosessi voi tuottaa aminohappoja kustannuksiltaan kilpailukykyisillä määrillä.
Nature Communicationsin artikkeli on ensisijainen varmennettu lähde. TUM ei ole ilmoittanut kaupallisesta kumppanista tai pilottilaitoksesta. Laajennusaikataulua ei ole julkaistu.
Vaihtoehtoisten proteiinien alaa seuraaville sijoittajille ja päättäjille tutkimus on huomionarvoinen yhdestä erityisestä syystä. Se yhdistää kolme erillistä teknologia-aluetta: uusiutuvan energian, suoran ilmassa olevan hiilen käytön ja tarkkuuskäymisen viereisen biokemian, yhdeksi tuotantosekvenssiksi. Jokainen näistä alueista houkuttelee jo merkittävää pääomaa. Järjestelmä, joka yhdistää kaikki kolme, voisi, jos sadot paranevat merkittävästi, muuttaa aminohappojen tarjonnan taloudellisuutta rehu- ja elintarvikevalmistajille.
Tutkijat itse ovat väitteissään harkittuja. Työ viittaa vähemmän maasta riippuvaiseen menetelmään tuottaa raaka-aineita, joista nykyaikaiset ruokajärjestelmät ovat riippuvaisia. Tämän prosessin teollisen version olemassaolo riippuu entsyymitekniikan edistysaskeleista, jotka ovat nykytieteen edellä.
