I ricercatori dell'Università Tecnica di Monaco hanno realizzato un sistema a energia solare che trasforma l'anidride carbonica e l'idrogeno rinnovabile in amminoacidi. Il processo è modulare, basato su enzimi e attualmente in fase di dimostrazione di fattibilità. Non ha ancora applicazioni commerciali. Ciò che dimostra è che l'elettricità rinnovabile, la cattura del carbonio e la produzione biochimica possono operare come un'unica catena.
Come funziona il sistema enzimatico
Il processo si svolge in fasi. L'elettricità da fonti rinnovabili produce innanzitutto idrogeno tramite elettrolisi. Questo idrogeno si combina con l'anidride carbonica per formare metanolo. Successivamente, enzimi specializzati trasformano il metanolo in una serie di reazioni fino a ottenere amminoacidi, i mattoni fondamentali delle proteine.
Il team descrive il sistema come "plug-and-play". I moduli enzimatici possono essere sostituiti o regolati a seconda del composto target. L'ultima versione produce sette amminoacidi. Precedenti studi avevano dimostrato la fattibilità del metodo per la sola L-alanina. Il nuovo studio, pubblicato su Nature Communications, aggiunge glicina, serina, acido L-aspartico, L-valina, acido L-glutammico e L-prolina.
Viktoria Lehmann, dottoranda presso la Cattedra di Chimica delle Risorse Biogeniche della TUM, ha affermato che gli amminoacidi sono ampiamente utilizzati nei mangimi per animali per integrare il fabbisogno proteico, in particolare nella produzione lattiero-casearia. Ha aggiunto che i metodi di produzione attuali consumano troppe risorse.
Il team della TUM inquadra la ricerca in relazione a un problema agricolo urgente. Le proiezioni delle Nazioni Unite suggeriscono che la domanda globale di cibo potrebbe aumentare di circa il 60% entro il 2050. Si prevede che la superficie agricola disponibile aumenterà solo marginalmente nello stesso periodo.
Il contesto della sicurezza alimentare
Questo divario sta alimentando l'interesse per le filiere proteiche che dipendono meno da terra, acqua e colture ad alta intensità energetica. La produzione convenzionale di amminoacidi consuma quantità significative di ciascuno di questi elementi. Un processo basato sull'energia solare e sulla CO₂ ridurrebbe la dipendenza da tali risorse, almeno in linea di principio.
Volker Sieber, professore di chimica delle risorse biogeniche e rettore del campus TUM di Straubing, ha spiegato che il progetto convoglia la luce solare in vettori di energia chimica, convertendoli poi in utili elementi costitutivi delle proteine. Ha aggiunto che, nel tempo, questo approccio potrebbe migliorare la produttività dei terreni disponibili e favorire una produzione di amminoacidi più sostenibile.
Tali affermazioni devono ancora essere verificate su larga scala. I ricercatori riconoscono che la produzione attuale è di gran lunga troppo bassa per qualsiasi impiego commerciale.
Il team della TUM ha individuato applicazioni che vanno oltre l'alimentazione del bestiame. I sette amminoacidi attualmente prodotti dal sistema sono infatti ingredienti chiave anche nei terreni di coltura per la produzione di carne coltivata. Questa applicazione collega la tecnologia a un'iniziativa separata ma correlata, volta a ridurre l'impatto ambientale della produzione di proteine.
Possibili applicazioni al di là dei mangimi per animali
I ricercatori ritengono che la stessa piattaforma potrebbe in futuro supportare altre catene del valore basate sulla CO₂, sebbene non specifichino quali nei materiali pubblicati.
La priorità tecnica immediata è migliorare le prestazioni dell'enzima. La resa rimane il principale fattore limitante. Il divario tra la dimostrazione in laboratorio e il processo industriale è significativo, e il team non nasconde questa distanza.
Cosa dimostra e cosa non dimostra la ricerca
Si tratta di una dimostrazione di biologia sintetica. Dimostra che il percorso chimico è fattibile. Non dimostra che il processo possa produrre amminoacidi in volumi economicamente competitivi.
L'articolo pubblicato su Nature Communications è la principale fonte verificata. La TUM non ha annunciato un partner commerciale né un impianto pilota. Non è stata pubblicata alcuna tempistica per l'ampliamento della produzione.
Per gli investitori e i responsabili politici che seguono con attenzione il settore delle proteine alternative, questa ricerca è degna di nota per un motivo specifico. Essa collega tre aree tecnologiche distinte – energia rinnovabile, utilizzo diretto del carbonio atmosferico e biochimica di precisione adiacente alla fermentazione – in un'unica sequenza produttiva. Ciascuna di queste aree attrae già ingenti capitali. Un sistema che le integri tutte e tre potrebbe, se le rese migliorassero in modo sostanziale, rivoluzionare l'economia dell'approvvigionamento di amminoacidi per i produttori di mangimi e alimenti.
Gli stessi ricercatori si mostrano cauti nelle loro affermazioni. Il lavoro indica un metodo di produzione delle materie prime, essenziali per i moderni sistemi alimentari, meno dipendente dal territorio. L'eventuale realizzazione di una versione industriale di questo processo dipenderà dai progressi dell'ingegneria enzimatica, che al momento sono ancora al di là delle conoscenze scientifiche attuali.
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