Elektriciteit, CO2 en water Een lepel van het eiwitpoeder geproduceerd door microben, kooldioxide, water en een constante stroom van elektriciteit LUT/Science Photo Library/Getty Images

Kies drie ingrediënten om een ​​voedzame maaltijd te maken en het is onwaarschijnlijk dat je kooldioxide kiest, water en microben. Maar onderzoekers in Finland ontwikkelen een manier om dat eenvoudige recept met elektriciteit in een bioreactor te zappen om een ​​poeder te maken dat voor ongeveer 50 procent eiwit en 25 procent koolhydraten bestaat.

Het eetbare poeder kan worden gemengd in een shake of worden omgezet in een tofu-achtig voedsel voor mensen. Het kan ook worden omgezet in voer voor dieren. Omdat het binnen in een bioreactor wordt verwerkt - vergelijkbaar met hoe bier en Quorn, een Britse vleesvervanger, is gemaakt — het vereist niet de enorme hoeveelheden land, water of andere hulpbronnen die nodig zijn voor grootschalige landbouw en stoot geen broeikasgassen uit in de atmosfeer.

"We maken het hele proces los van het land, " zegt Jero Ahola, een professor in de afdeling elektrotechniek aan de Lappeenranta University of Technology. Als zonne-energie wordt gebruikt om de elektriciteit te produceren, het proces is ongeveer 10 keer efficiënter in het produceren van voedsel dan conventionele landbouw die afhankelijk is van aarde, zegt Ahola.

Voor deze proof-of-concept-poging, de gebruikte bioreactor was zo groot als een koffiekopje, en het proces om 1 gram van het eiwit te produceren duurde ongeveer twee weken. Ahola en collega Juha-Pekka Pitkänen, een hoofdwetenschapper bij VTT Technical Research Centre van Finland, zeggen dat ze werken aan plannen om een ​​grotere bioreactor te bouwen, ongeveer 6 liter (1,6 gallon) groot, tegen begin volgend jaar. Daarna, ze zullen aanvullende financiering aanvragen om het systeem nog meer op te schalen, het bouwen van een bioreactor van 2 kubieke meter (71 kubieke voet) die 5 kilogram poeder per dag kan produceren. Stel je een van die zakken van 10 pond meel of suiker voor, en je snapt het idee.

"We denken dat we het vrij snel kunnen opschalen nu we het werkend hebben, ", zegt Pitkänen.

Momenteel, het systeem draait op ongeveer 26 procent efficiëntie, wat betekent dat 26 procent van de elektriciteit rechtstreeks naar het omzetten van het mengsel in voedsel gaat. Het team zegt dat ze er vertrouwen in hebben dat ze dat bijna kunnen verdubbelen om een ​​efficiëntie van meer dan 50 procent te bereiken.

Het recept

Om het poeder te maken, Ahola en Pitkänen combineren koolstofdioxide, water en Knallgas-bacteriën met ammonium, sulfaat- en fosfaatzouten, die werken als mest. Als de ingrediënten zich in de bioreactor bevinden, de wetenschappers leveren een constante elektrische stroom door het mengsel. De elektriciteit splitst de watermoleculen, die zijn gemaakt van waterstof- en zuurstofatomen. Eenmaal bevrijd van zijn moleculaire binding aan zuurstof, de waterstof kan door de Knallgas-bacteriën worden gebruikt als energie, dat helpt de bacteriën om CO2 op te nemen en om te zetten in eiwitten.

"De eerste echte toepassing zou in de woestijn kunnen zijn, mensen in Afrika voeden, ", zegt Pitkänen.

Hoewel het elektriseren van een bacterieel brouwsel om voedsel te maken futuristisch lijkt, het dateert eigenlijk uit de jaren zestig, zegt Pitkänen, toen de beroemde Duitse microbioloog Hans Günter Schlegel en co-auteur R.M. Lafferty publiceerde een onderzoekspaper in het tijdschrift Nature waarin het begrip wordt beschreven. Daarna, Sovjet- en NASA-wetenschappers begonnen experimenten om te zien of ze microben konden gebruiken om voedsel voor astronauten te creëren.

"Ze onderzochten hoe je CO2 en microben kon omzetten in microbiële biomassa, ", zegt Pitkänen.

Maar de technologie voor het efficiënt opwekken van elektriciteit in de ruimte was niet goed ontwikkeld. Ruimteschepen zijn een gesloten systeem, waar alles moet worden gebruikt of gerecycled. Het had geen zin om zware brandstof aan boord te hebben om voedsel te maken, en hernieuwbare energie stond nog in de kinderschoenen. Voor jaren, het idee om microben in voedsel te veranderen viel achterop.

Vandaag, met hernieuwbare energie in stijgende lijn, het opwekken van emissievrije elektriciteit en het gebruiken om een ​​brouwsel van water om te zetten, CO2 en microben in een poederachtig eiwit is logischer. Met een hernieuwde interesse in menselijke ruimtevaart, voedsel uit elektriciteit zou zijn weg naar de kosmos kunnen vinden.

Ondertussen, het heeft tal van toepassingen op aarde. Vandaag, 795 miljoen mensen wereldwijd hebben onvoldoende voedsel om te eten. Een voedzaam, eiwitrijk poeder kan helpen de wereldwijde honger aan te pakken. Het kan de planeet ook helpen om de broeikasgassen in het algemeen te verminderen, en Finland in het bijzonder, die zich tot doel heeft gesteld om de CO2-uitstoot tegen 2050 met 80 procent te verminderen.

"Onze aarde wordt een soort ruimteschip, " zegt Ahola. "We beseffen dat we grenzen naderen en we moeten soortgelijke oplossingen bedenken voor deze problemen."

Dat is nu interessant

De onderzoekers vertrouwden op een bioreactor om hun eiwitpoeder te maken, en ze suggereren dat consumenten in de toekomst misschien hun eigen thuisreactoren hebben.