Quang hợp nhân tạo để sản xuất thực phẩm thân thiện với môi trường

Việc đảm bảo cung cấp lương thực cho dân số thế giới ngày càng tăng và đồng thời bảo vệ môi trường thường là những mục tiêu mâu thuẫn nhau. Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Kỹ thuật Munich (TUM) đã phát triển thành công một phương pháp tổng hợp sản xuất protein dinh dưỡng bằng cách sử dụng một loại quang hợp nhân tạo. Ngành công nghiệp thức ăn chăn nuôi là động lực chính dẫn đến nhu cầu cao đối với khối lượng lớn protein dinh dưỡng, loại protein này cũng phù hợp để sử dụng trong các sản phẩm thay thế thịt.

Quang hợp nhân tạo để sản xuất thực phẩm thân thiện với môi trường, từ trái sang: Nghiên cứu sinh Vivian Willers và giáo sư Volker Sieber.

Một nhóm do giáo sư Volker Sieber đứng đầu tại đại học TUM Straubing Công nghệ sinh học và Bền vững (TUMCS) đã thành công trong việc sản xuất axit amin L-alanine, một khối xây dựng thiết yếu trong protein, từ khí CO₂ có hại cho môi trường. Quá trình công nghệ sinh học gián tiếp của họ liên quan đến metanol như một chất trung gian. Cho đến nay, protein cho thức ăn chăn nuôi thường được sản xuất ở Nam bán cầu với yêu cầu không gian nông nghiệp quy mô lớn và hậu quả tiêu cực đối với đa dạng sinh học.

CO₂, được loại bỏ khỏi khí quyển, trước tiên được chuyển thành metanol sử dụng điện xanh và hydro. Phương pháp mới chuyển đổi chất trung gian này thành L-alanine trong một quy trình nhiều giai đoạn sử dụng các enzym tổng hợp; phương pháp này cực kỳ hiệu quả và tạo ra năng suất rất cao. L-alanine là một trong những thành phần quan trọng nhất của protein, rất cần thiết cho dinh dưỡng của cả người và động vật.

Sieber, giáo sư về Hóa học Tài nguyên Sinh học, giải thích: “So với việc trồng cây, phương pháp này cần ít không gian hơn nhiều để tạo ra cùng một lượng L-alanine, khi năng lượng được sử dụng đến từ các nguồn năng lượng mặt trời hoặc gió. Việc sử dụng không gian hiệu quả hơn có nghĩa là một loại quang hợp nhân tạo có thể được sử dụng để sản xuất cùng một lượng lương thực trên diện tích đất ít hơn đáng kể. Điều này mở đường cho dấu chân sinh thái nhỏ hơn trong nông nghiệp”.

Kết hợp kinh tế sinh học và hydro

Việc sản xuất L-alanine chỉ là bước đầu tiên của các nhà khoa học. Đồng tác giả Vivian Willers, người đã phát triển quy trình này với tư cách là nghiên cứu sinh tiến sỹ tại TUM Campus Straubing, cho biết: “Chúng tôi cũng muốn sản xuất các axit amin khác từ CO₂ bằng cách sử dụng năng lượng tái tạo và tăng hiệu quả hơn nữa trong quá trình hiện thực hóa. Các nhà nghiên cứu nói thêm rằng dự án là một ví dụ điển hình về cách kết hợp kinh tế sinh học và kinh tế hydro có thể giúp đạt được tính bền vững hơn”.

Đỗ Thị Nhạn theo Đại học Kỹ thuật Munich.