Forskere ved det tekniske universitetet i München har bygget et soldrevet system som omdanner karbondioksid og fornybar hydrogen til aminosyrer. Prosessen er modulær, enzymbasert og for tiden på konseptutprøvingsstadiet. Den har ingen kommersiell anvendelse ennå. Det den viser er at fornybar elektrisitet, karbonfangst og biokjemisk produksjon kan fungere som en enkelt kjede.
Hvordan enzymsystemet fungerer
Prosessen går i etapper. Fornybar elektrisitet produserer først hydrogen gjennom elektrolyse. Dette hydrogenet kombineres med karbondioksid for å lage metanol. Spesialiserte enzymer fører deretter metanolen gjennom en rekke reaksjoner til den blir til aminosyrer, de grunnleggende byggesteinene i proteiner.
Teamet beskriver designet som «plug-and-play». Enzymmoduler kan byttes inn eller justeres avhengig av målforbindelsen. Den nyeste versjonen produserer syv aminosyrer. Tidligere arbeid hadde demonstrert metoden for L-alanin alene. Den nye studien, publisert i Nature Communications, tilsetter glysin, serin, L-asparaginsyre, L-valin, L-glutaminsyre og L-prolin.
Viktoria Lehmann, doktorgradsforsker ved TUMs kjemiavdeling for biogene ressurser, sa at aminosyrer er mye brukt i dyrefôr for å supplere proteinbehovet, spesielt i melkeproduksjon. Hun sa at eksisterende produksjonsmetoder bruker for mye ressurser.
TUM-teamet setter forskningen opp mot et presserende landbruksproblem. FNs prognoser antyder at den globale matetterspørselen kan øke med rundt 60 prosent innen 2050. Tilgjengelig jordbruksareal forventes bare å øke marginalt i samme periode.
Konteksten for matsikkerhet
Dette gapet driver interessen for proteinforsyningskjeder som er mindre avhengige av land, vann og energiintensive avlinger. Konvensjonell aminosyreproduksjon forbruker betydelige mengder av hver av dem. En soldrevet, CO₂-basert rute ville redusere avhengigheten av disse innsatsfaktorene, i hvert fall i prinsippet.
Volker Sieber, professor i kjemi for biogene ressurser og rektor ved TUM Campus Straubing, sa at prosjektet kanaliserer sollys til kjemiske energibærere før det omdanner dem til nyttige proteinbyggesteiner. Han sa at tilnærmingen med tiden kan forbedre produktiviteten til tilgjengelig land og støtte mer bærekraftig produksjon av aminosyrer.
Disse påstandene gjenstår å bli testet i stor skala. Forskerne erkjenner at dagens produksjon er altfor lav til kommersiell utplassering.
TUM-teamet identifiserer bruksområder utover husdyrernæring. De sju aminosyrene systemet produserer for tiden er også viktige ingredienser i næringsmedier for produksjon av dyrket kjøtt. Denne anvendelsen kobler teknologien til en separat, men relatert innsats for å redusere landavtrykket fra proteinforsyning.
Potensielle bruksområder utover dyrefôr
Forskerne tror den samme plattformen etter hvert kan støtte andre CO₂-baserte verdikjeder, selv om de ikke spesifiserer hvilke i det publiserte materialet.
Den umiddelbare tekniske prioriteten er å forbedre enzymenes ytelse. Utbyttet er fortsatt den bindingsbegrensende faktoren. Gapet mellom laboratoriedemonstrasjon og industriell prosess er betydelig, og teamet er åpenhjertig om den avstanden.
Hva forskningen viser og ikke viser
Dette er en demonstrasjon innen syntetisk biologi. Den viser at den kjemiske prosessen er levedyktig. Den viser ikke at prosessen kan produsere aminosyrer til kostnadseffektive volumer.
Nature Communications-artikkelen er den primære verifiserte kilden. TUM har ikke annonsert en kommersiell partner eller et pilotanlegg. Ingen tidslinje for oppskalering er publisert.
For investorer og beslutningstakere som følger med på alternative proteiner, er forskningen verdt å merke seg av én spesifikk grunn. Den knytter tre separate teknologiområder, fornybar energi, direkte bruk av karbon i luften og presisjonsfermenteringsbasert biokjemi, til én produksjonssekvens. Hvert av disse områdene tiltrekker seg allerede betydelig kapital. Et system som integrerer alle tre kan, hvis avkastningen forbedres betydelig, endre økonomien i aminosyreforsyning for fôr- og matprodusenter.
Forskerne selv er målrettede i sine påstander. Arbeidet peker mot en mindre landavhengig metode for å produsere råvarer som moderne matsystemer er avhengige av. Hvorvidt en industriell versjon av denne prosessen noen gang eksisterer, vil avhenge av enzymtekniske fremskritt som ligger foran dagens vitenskap.
