Выберите три ингредиента, чтобы приготовить питательную еду, и вряд ли вы выберете углекислый газ, воду и микробы. Но исследователи в Финляндии разрабатывают способ заменить этот простой рецепт электричеством в биореакторе, чтобы создать порошок, который примерно на 50 процентов состоит из белка и на 25 процентов из углеводов.
Пищевой порошок можно смешать с коктейлем или превратить в тофу-подобную еду для людей. Его также можно было бы превратить в корм для животных. Поскольку он обрабатывается внутри в биореакторе - аналогично тому, как производится пиво и Quorn, британский заменитель мяса, - он не требует огромного количества земли, воды или других ресурсов, необходимых для крупномасштабного сельского хозяйства, и не выделяет парниковых газов. газов в атмосферу.
«Мы отделяем весь процесс от земли», - говорит Джеро Ахола, профессор кафедры электротехники Технологического университета Лаппеенранты. Если для производства электроэнергии используется солнечная энергия, процесс производства продуктов питания будет примерно в 10 раз более эффективным, чем традиционное сельское хозяйство, основанное на почве, говорит Ахола.
Для проверки концепции использовался биореактор размером с кофейную чашку, а процесс производства 1 грамма белка занял около двух недель. Ахола и его коллега Юха-Пекка Питканен, главный научный сотрудник Центра технических исследований VTT в Финляндии, говорят, что они работают над планами по строительству более крупного биореактора объемом около 6 литров (1,6 галлона) к началу следующего года. После этого они подадут заявку на дополнительное финансирование, чтобы еще больше расширить систему, построив биореактор объемом 2 кубических метра (71 кубический фут), который может производить 5 килограммов (11 фунтов) порошка в день. Представьте себе один из этих 10-килограммовых мешков с мукой или сахаром, и вы получите идею.
" Мы думаем, что сможем масштабировать его довольно скоро, когда он заработает", - говорит Питканен.
На данный момент эффективность системы составляет около 26 процентов, а это означает, что 26 процентов электроэнергии идет непосредственно на превращение смеси в пищу. Команда говорит, что они уверены, что могут почти удвоить это, чтобы достичь 50-процентной эффективности.
Рецепт
Чтобы сделать порошок, Ахола и Питканен объединяют углекислый газ, воду и бактерии Knallgas с солями аммония, сульфата и фосфата, которые действуют как удобрения. Когда ингредиенты находятся внутри биореактора, ученые пропускают через смесь постоянный электрический ток. Электричество расщепляет молекулы воды, состоящие из атомов водорода и кислорода. После освобождения от молекулярной связи с кислородом водород может использоваться бактериями Knallgas в качестве энергии, что помогает бактериям поглощать CO2 и превращаться в белок.
" Первое реальное применение может быть в пустыне, кормление людей в Африке", говорит Питканен.
Хотя электрификация бактериальной смеси для приготовления пищи кажется футуристической, на самом деле она восходит к 1960-м годам, говорит Питканен, когда известный немецкий микробиолог Ганс Гюнтер Шлегель и соавтор Р. М. Лафферти опубликовал исследовательскую статью в журнале Nature, описывающую это понятие. После этого советские ученые и ученые НАСА начали эксперименты, чтобы выяснить, могут ли они использовать микробы для создания пищи для космонавтов.
«Они исследовали, как можно превратить CO2 и микробы в микробную биомассу», - говорит Питканен.
Но технология эффективного производства электроэнергии в космосе не была развита. Космические корабли - это закрытая система, где все должно быть использовано или переработано. Носить на борту тяжелое топливо для производства еды не имело смысла, а возобновляемые источники энергии все еще находились в зачаточном состоянии. В течение многих лет идея превращать микробы в пищу отставала.
Сегодня, когда возобновляемые источники энергии находятся на восходящей траектории, производство электроэнергии с нулевым уровнем выбросов и ее использование для преобразования смеси воды, CO2 и микробов в порошкообразный протеин имеет больше смысла. С возрождением интереса к космическим путешествиям людей пища из электричества может попасть в космос.
А пока у него масса применений на Земле. Сегодня 795 миллионов человек во всем мире не имеют достаточного количества еды. Питательный порошок с высоким содержанием белка может помочь справиться с глобальным голодом. Это также может помочь планете в целом сократить выбросы парниковых газов и, в частности, Финляндии, которая поставила перед собой цель сократить выбросы CO2 на 80 процентов к 2050 году.
" Наша Земля становится похожей на космический корабль", - говорит Ахола. «Мы понимаем, что приближаемся к пределу, и нам нужно думать о подобных решениях для этих проблем».
Интересно
Исследователи полагались на биореактор для производства протеинового порошка, и они предполагают, что в будущем потребители могут иметь свои собственные домашние реакторы.