Tìm ra hệ thống 'có thể tạo lượng protein gấp 10 lần so với cây trồng'

Một cánh đồng đậu nành ở Argentina. Nghiên cứu mới cho thấy một héc-ta đậu nành có thể cung cấp thức ăn cho 40 người. Trong khi đó, nếu sử dụng quy trình vi sinh vật kết hợp năng lượng mặt trời, lượng thức ăn của mỗi héc-ta đủ để cung cấp cho 520 người. Ảnh: Getty.

Kết hợp năng lượng mặt trời và vi sinh có thể tạo ra lượng protein cao gấp 10 lần so với các loại cây trồng như đậu nành, theo các tác giả của nghiên cứu mới.

Phân tích ước tính rằng quá trình vi sinh vật và năng lượng mặt trời có thể tạo ra 15 tấn protein từ mỗi héc-ta một năm, đủ để nuôi 520 người. Trong khi đó, một héc-ta đậu nành có thể tạo ra 1,1 tấn protein, cung cấp cho 40 người. Ngay cả ở những quốc gia có mức độ ánh sáng mặt trời tương đối thấp như Anh, sản lượng protein vi sinh vật từ mỗi héc-ta lớn hơn ít nhất 5 lần so với thực vật.

Hệ thống mới sẽ sử dụng năng lượng từ các tấm pin mặt trời và CO2 từ không khí để tạo ra nhiên liệu cho các vi sinh vật, được nuôi trong các thùng phản ứng sinh học và sau đó được chế biến thành bột protein khô.

Quy trình sử dụng đất, nước và phân bón hiệu quả cao và có thể được triển khai ở bất cứ đâu, không chỉ ở những quốc gia có ánh nắng mạnh hoặc đất màu mỡ, các nhà khoa học cho biết.

Họ nói rằng an ninh lương thực là một "vấn đề quan trọng" đối với nhân loại trong những thập kỷ tới, với dân số toàn cầu ngày càng tăng, trồng cây dùng làm nhiên liệu sinh học cạnh tranh để giành đất với trồng hoa màu và khoảng 800 triệu người đã bị thiếu dinh dưỡng ngày nay. Hơn nữa, việc giải quyết cuộc khủng hoảng khí hậu sẽ gần như không thể thực hiện được nếu không cắt giảm lượng khí thải từ sản xuất thực phẩm từ sữa và động vật.

Vi sinh đã được sử dụng để làm nhiều loại thực phẩm thông thường, chẳng hạn như bánh mì, sữa chua, bia và Quorn (thịt nhân tạo lên men). Nhưng các nhà nghiên cứu khác cho biết việc chuyển đổi người tiêu dùng sang ăn protein vi sinh vật có thể khó khăn và những thực phẩm như vậy có thể không hoàn chỉnh về mặt dinh dưỡng.

Dorian Leger, tại Viện Sinh lý thực vật phân tử Max Planck ở Potsdam, Đức, người dẫn đầu nghiên cứu mới, cho biết: “Chúng tôi nghĩ rằng thực phẩm vi sinh rất có triển vọng và sẽ là một trong những đóng góp lớn để giải quyết cuộc khủng hoảng lương thực tiềm ẩn”. Nhưng “thật khó để nói người tiêu dùng có nhanh chóng đón nhận nó hay không”.

Nhóm nghiên cứu tập trung vào hạt đậu nành, vì chúng có liên quan đến việc tàn phá rừng và chủ yếu là thức ăn cho động vật, nhưng các vi khuẩn khác tạo ra các thành phần chính của dầu cọ. Leger nói: “Vi khuẩn rất linh hoạt, vì vậy cuối cùng chúng có thể được điều chỉnh để phù hợp với các sản phẩm khác nhau.

Ít nhất một chục công ty đã sản xuất thức ăn chăn nuôi từ vi sinh. Solar Foods, có trụ sở tại Phần Lan, đang sử dụng năng lượng để tạo ra thức ăn cho con người.

Đánh giá mới, được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences của Hoa Kỳ, là so sánh định lượng đầu tiên về việc sử dụng đất và hiệu quả năng lượng giữa nông nghiệp truyền thống và các hệ thống sản xuất vi sinh sử dụng năng lượng mặt trời.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu về các công nghệ ngày nay để tính toán hiệu quả của từng bước của quy trình, bao gồm thu giữ CO2 từ không khí và chế biến vi sinh vật thành thực phẩm mà mọi người có thể ăn. Họ phát hiện ra rằng hệ thống vi sinh vật chỉ sử dụng 1% lượng nước cần thiết cho cây trồng và một phần nhỏ lượng phân bón, còn lại hầu hết đều bị lãng phí khi sử dụng trên các cánh đồng.

Các nhà nghiên cứu đề xuất, protein vi sinh vật sẽ có giá tương đương với các loại protein hiện tại mà con người ăn, chẳng hạn như whey hoặc đậu Hà Lan. Nhưng nó đắt hơn nhiều lần so với thức ăn chăn nuôi hiện tại, mặc dù những cải tiến công nghệ trong tương lai được cho là sẽ làm giảm giá thành.

Leger cho biết khả năng quang hợp của thực vật rất đáng chú ý nhưng xét về hiệu quả năng lượng, các loại cây chủ lực chỉ chuyển đổi khoảng 1% năng lượng mặt trời thành sinh khối có thể ăn được. Điều này là do thực vật đã tiến hóa để cạnh tranh và sinh sản cũng như chỉ phát triển và sử dụng ít phổ ánh sáng mặt trời hơn so với các tấm pin quang điện.

Tất cả các thành phần của hệ thống đều tồn tại, nhưng Leger cho biết giờ đây chúng cần được thử nghiệm cùng nhau và ở quy mô lớn, đặc biệt là việc thu giữ CO2 từ không khí và đảm bảo rằng các tấm pin mặt trời đã qua sử dụng có thể được tái chế. Ông nói: “Đối với thực phẩm dành cho người, cũng có rất nhiều quy định cần được khắc phục".

Pete Iannetta, tại Viện James Hutton ở Scotland, cho biết: “Đó là một khái niệm thực sự thú vị - bạn đang tách sản xuất lương thực ra khỏi việc sử dụng đất, điều đó có nghĩa là bạn có thể có tất cả đất đai để phục hồi”.

Nhưng ông cho biết thực phẩm không chỉ có bao gồm các chất dinh dưỡng chính, như protein và carbohydrate: "Có rất nhiều hợp chất thứ cấp rất quan trọng cho sức khỏe của bạn".

Iannetta cũng đặt câu hỏi liệu thực phẩm vi sinh có trở thành xu hướng chủ đạo hay không: “Ví dụ, chúng tôi đã sử dụng tảo từ lâu như một nguồn thực phẩm tiềm năng, nhưng nó vẫn không được chấp nhận rộng rãi”.

Tiến sĩ Toby Mottram, chuyên gia tư vấn về công nghệ nông nghiệp, cho biết: “Cho đến khi mô hình được thử nghiệm và tính giá thành với một nhà máy quy mô thí điểm, bao gồm đánh giá vòng đời sản xuất [tấm pin năng lượng mặt trời], thật khó để nhận xét liệu nó có cải thiện hệ thống [trồng trọt] đã được duy trì trong hàng nghìn năm, dù cho dân số thấp hơn mức chúng ta dự định cung cấp”.