Para penyelidik di Universiti Teknikal Munich telah membina sistem berkuasa solar yang menukarkan karbon dioksida dan hidrogen boleh diperbaharui kepada asid amino. Proses ini bersifat modular, berasaskan enzim dan kini berada di peringkat pembuktian konsep. Ia belum mempunyai aplikasi komersial. Apa yang ditunjukkannya ialah elektrik boleh diperbaharui, penangkapan karbon dan pengeluaran biokimia boleh beroperasi sebagai satu rantaian tunggal.
Bagaimana Sistem Enzim Berfungsi
Proses ini berjalan secara berperingkat. Elektrik yang boleh diperbaharui mula-mula menghasilkan hidrogen melalui elektrolisis. Hidrogen tersebut bergabung dengan karbon dioksida untuk menghasilkan metanol. Enzim khusus kemudian melangkah metanol melalui satu siri tindak balas sehingga ia menjadi asid amino, iaitu blok binaan asas protein.
Pasukan itu menggambarkan reka bentuk itu sebagai "pasang dan main." Modul enzim boleh ditukar ganti atau diselaraskan bergantung pada sebatian sasaran. Versi terkini menghasilkan tujuh asid amino. Kerja terdahulu telah menunjukkan kaedah untuk L-alanina sahaja. Kajian baharu yang diterbitkan dalam Nature Communications itu menambah glisina, serina, asid L-aspartik, L-valina, asid L-glutamik dan L-prolina.
Viktoria Lehmann, seorang penyelidik kedoktoran di Pengerusi Kimia Sumber Biogenik TUM, berkata asid amino digunakan secara meluas dalam makanan haiwan untuk menambah keperluan protein, terutamanya dalam pengeluaran tenusu. Beliau berkata kaedah pengeluaran sedia ada menggunakan terlalu banyak sumber.
Pasukan TUM membingkaikan kajian ini dengan masalah pertanian yang mendesak. Unjuran Pertubuhan Bangsa-Bangsa Bersatu menunjukkan permintaan makanan global boleh meningkat sekitar 60 peratus menjelang 2050. Tanah pertanian yang ada dijangka hanya meningkat sedikit dalam tempoh yang sama.
Konteks Keselamatan Makanan
Jurang tersebut mendorong minat terhadap rantaian bekalan protein yang kurang bergantung pada tanah, air dan tanaman intensif tenaga. Pengeluaran asid amino konvensional menggunakan kuantiti yang banyak untuk setiap satu. Laluan berasaskan CO₂ yang dipacu solar akan mengurangkan kebergantungan pada input tersebut, sekurang-kurangnya secara prinsipnya.
Volker Sieber, profesor kimia sumber biogenik dan rektor TUM Campus Straubing, berkata projek itu menyalurkan cahaya matahari ke dalam pembawa tenaga kimia sebelum menukarkannya kepada blok binaan protein yang berguna. Beliau berkata pendekatan itu, pada masanya, boleh meningkatkan produktiviti tanah yang ada dan menyokong pembuatan asid amino yang lebih lestari.
Dakwaan tersebut masih perlu diuji secara besar-besaran. Para penyelidik mengakui bahawa output semasa adalah terlalu rendah untuk sebarang penggunaan komersial.
Pasukan TUM mengenal pasti kegunaan melangkaui pemakanan ternakan. Tujuh asid amino yang dihasilkan oleh sistem ini pada masa ini juga merupakan bahan utama dalam media nutrien untuk pengeluaran daging yang ditanam. Aplikasi tersebut menghubungkan teknologi ini dengan usaha yang berasingan tetapi berkaitan untuk mengurangkan jejak tanah bekalan protein.
Aplikasi Berpotensi Melangkaui Makanan Haiwan
Para penyelidik percaya platform yang sama akhirnya boleh menyokong rantaian nilai berasaskan CO₂ yang lain, walaupun mereka tidak menyatakan yang mana dalam bahan yang diterbitkan.
Keutamaan teknikal segera adalah meningkatkan prestasi enzim. Hasil kekal sebagai kekangan pengikatan. Jurang antara demonstrasi makmal dan proses perindustrian adalah ketara, dan pasukan itu berterus terang tentang jarak tersebut.
Apa yang Ditunjukkan dan Tidak Ditunjukkan oleh Penyelidikan
Ini adalah demonstrasi biologi sintetik. Ia menunjukkan bahawa laluan kimia tersebut berdaya maju. Ia tidak menunjukkan bahawa proses tersebut boleh menghasilkan asid amino pada jumlah yang kompetitif dari segi kos.
Kertas kerja Nature Communications merupakan sumber utama yang disahkan. TUM belum mengumumkan rakan kongsi komersial atau loji perintis. Tiada garis masa untuk peningkatan skala telah diterbitkan.
Bagi pelabur dan pembuat dasar yang memerhatikan ruang protein alternatif, kajian ini perlu diberi perhatian atas satu sebab tertentu. Ia menghubungkan tiga bidang teknologi berasingan, kuasa boleh diperbaharui, penggunaan karbon udara langsung dan biokimia bersebelahan penapaian yang tepat, ke dalam satu urutan pengeluaran. Setiap bidang tersebut sudah menarik modal yang besar. Sistem yang mengintegrasikan ketiga-tiganya, jika hasil meningkat dengan ketara, boleh mengubah ekonomi bekalan asid amino untuk pengeluar makanan ternakan dan makanan.
Para penyelidik itu sendiri diukur dalam dakwaan mereka. Kajian ini menunjukkan kaedah yang kurang bergantung kepada tanah untuk menghasilkan bahan mentah yang menjadi asas sistem makanan moden. Sama ada versi perindustrian proses ini akan wujud bergantung pada kemajuan kejuruteraan enzim yang kekal mendahului sains semasa.
