Технологии производства белка: новые способы прокормить население мира
Белки — важнейшая часть питания человека. Их основные источники — мясо, молоко, яйца и растения. Производство, особенно животноводство, требует огромных ресурсов и наносит серьёзный экологический ущерб.
Исследовательская группа Университета Тюбингена под руководством профессора Ларса Ангенента провела теоретическое исследование, как можно обеспечить растущее население мира белком без традиционного сельского хозяйства. Используя подход «power-to-protein» (энергия-в-белок), при котором белки производятся напрямую из простых компонентов (CO2 и аммиака) с помощью биотехнологий, команда рассмотрела теоретические основы, существующие промышленные методы и оценки для достижения этой цели.
В обзорной статье в журнале Joule команда приходит к выводу, что комбинированная электрохимическая и биотехнологическая система может производить значительное количество белка для питания человека при сравнительно низком энергопотреблении.
Ключевая проблема и цель
«Мы находимся в сложном кризисе из-за текущего производства пищи, — говорит Ларс Ангенент. — Животноводство для производства животного белка потребляет много земли, ископаемого топлива, фосфора и воды, а также генерирует огромное количество вредных для климата выбросов».
Цель Ангенента — сделать производство белка дешёвым и интегрировать его в устойчивую экономику замкнутого цикла, не требующую ископаемого топлива.
Биотехнологический подход
Белки состоят в основном из углерода, кислорода, водорода и азота. Человеческий организм не может синтезировать все белковые компоненты из простых соединений.
Однако одноклеточные микроорганизмы, такие как дрожжи и грибы, естественным образом производят большое количество белка, питательного для человека. Исследователи связывают электрохимические и биологические процессы в рамках «power-to-protein».
Команда из Тюбингена фокусируется на процессах, которые:
- Не требуют световой энергии.
- Не используют генетически модифицированные микроорганизмы.
Например, энергия электричества может расщеплять воду на водород и кислород. Определённые бактерии затем окисляют водород, используя высвобождаемую энергию для преобразования CO2 и аммиака в органические вещества — строительные блоки белка. Некоторые из таких продуцентов белка (дрожжи, грибы) могут потребляться человеком напрямую.
История и потенциал
Идеи производства белка из простых веществ (включая CO2 и аммиак из человеческих выделений) для создания замкнутого цикла появились ещё в 1960-х годах для длительных космических миссий.
Первый промышленный опыт пришёл из производства заменителей мяса. «Согласно одному исследованию, всего около 2,5% всей производимой энергии потребуется, чтобы накормить население мира белком, произведённым по методу power-to-protein», — отмечает Ангенент.
Условия для реализации
Для реализации такой стратегии требуется:
- Радикальный пересмотр производственных процессов.
- Увеличение возможностей генерации возобновляемой энергии.
- Инфраструктура для улавливания и хранения CO2.
- Экономическое укрепление фермеров для перехода к устойчивому производству растительной продукции (зерно, овощи, фрукты, орехи) и сохранению природы.