慕尼黑工业大学的研究人员开发了一种太阳能驱动系统，可以将二氧化碳和可再生氢气转化为氨基酸。该工艺采用模块化设计，基于酶促反应，目前处于概念验证阶段，尚未实现商业化应用。但它表明，可再生电力、碳捕获和生物化学品生产可以整合为一个完整的产业链。
酶系统如何运作
这个过程分阶段进行。首先，可再生电力通过电解产生氢气。氢气与二氧化碳结合生成甲醇。然后，特殊的酶引导甲醇经历一系列反应，最终转化为氨基酸，即蛋白质的基本组成单元。
研究团队将这种设计描述为“即插即用”。酶模块可以根据目标化合物进行替换或调整。最新版本可生成七种氨基酸。此前的研究已证实该方法可用于生成L-丙氨酸。这项发表在《自然通讯》上的新研究进一步增加了甘氨酸、丝氨酸、L-天冬氨酸、L-缬氨酸、L-谷氨酸和L-脯氨酸。
慕尼黑工业大学生物资源化学教席的博士研究员维多利亚·莱曼表示，氨基酸广泛用于动物饲料中，以补充蛋白质需求，尤其是在奶牛养殖中。她指出，现有的生产方法消耗了过多的资源。
慕尼黑工业大学的研究团队以一个紧迫的农业问题为切入点展开研究。联合国预测，到2050年，全球粮食需求可能增长约60%。而同期可用耕地面积预计只会略有增加。
粮食安全背景
这一差距促使人们关注那些对土地、水和能源密集型作物依赖性较低的蛋白质供应链。传统的氨基酸生产需要消耗大量的土地、水和能源。至少在理论上，以太阳能为驱动、以二氧化碳为基础的路线可以减少对这些投入的依赖。
慕尼黑工业大学施特劳宾校区校长、生物资源化学教授沃尔克·西伯表示，该项目将太阳能转化为化学能载体，然后再将其转化为有用的蛋白质构建模块。他认为，这种方法假以时日，有望提高现有土地的生产力，并支持更可持续的氨基酸生产。
这些说法仍需大规模验证。研究人员也承认，目前的产量远不足以进行任何商业部署。
慕尼黑工业大学的研究团队发现了该技术在畜牧营养以外的其他用途。该系统目前生产的七种氨基酸也是人造肉生产营养培养基的关键成分。这一应用将这项技术与另一项旨在减少蛋白质供应土地占用量的相关工作联系起来。
动物饲料以外的潜在应用
研究人员认为，同一平台最终可以支持其他基于二氧化碳的价值链，尽管他们在已发表的材料中没有具体说明是哪些价值链。
眼下的技术重点是提高酶的性能。产率仍然是制约因素。实验室验证与工业化生产之间存在显著差距，团队对此也坦诚相告。
研究结果显示什么，以及未显示什么
这是一项合成生物学演示。它表明该化学途径是可行的，但并未表明该工艺能够以具有成本竞争力的规模生产氨基酸。
《自然通讯》论文是主要权威来源。慕尼黑工业大学尚未宣布商业合作伙伴或试点工厂。目前也未公布规模化生产的时间表。
对于关注替代蛋白领域的投资者和政策制定者而言，这项研究之所以值得关注，原因在于它将可再生能源、直接空气碳利用以及精准发酵相关生物化学这三个独立的技术领域整合到一个生产流程中。这三个领域目前都已吸引了大量资金。如果能够显著提高产量，整合这三个领域的系统有望改变饲料和食品生产商的氨基酸供应经济格局。
研究人员在陈述观点时十分谨慎。这项研究表明，生产现代食品系统赖以生存的原材料，对土地的依赖性可能降低。然而，这一工艺能否最终实现工业化应用，将取决于酶工程技术的进步，而目前的技术水平仍处于领先地位。
