В Беларуси 41% территории отдан под сельское хозяйство, и с этим связан целый ряд экологических проблем – химическое загрязнение почв, эрозия почв, производство метана, проблемы малых рек и пр. В 1980 году ООН назвала сельское хояйство одной из четырёх самых серьёзных угроз живой природе. Исследователи постоянно ищут способы, как во всём мире снизить площадь земель, занятых под сельскохозяйственные нужды, и дать экосистемам восстановиться.
И кажется, в этом царстве тьмы и плохих новостей появился новый просвет.
Согласно новому исследованию, в результате сочетания солнечной энергии и микробов мы можем получать в 10 раз больше белка, чем выращивая сою и другие растительные культуры.
По словам исследователей, новая система также окажет очень небольшое влияние на окружающую среду, в отличие от животноводства, из-за которого сильно загрязняется вода, и которое производит огромное количество газов, влияющих на изменение климата.
Суть системы в следующем: электричество от солнечных панелей и углекислый газ из воздуха становятся топливом для микробов, которых мы выращиваем в чанах биореактора и перерабатываем в протеиновые порошки. По словам учёных, этот процесс обеспечивает высокоэффективное использование земли, воды и удобрений и может быть применен где угодно, а не только в очень солнечных странах или на территориях с плодородными почвами.
По их словам, продовольственная безопасность останется «критичной проблемой» для человечества в ближайшие десятилетия, поскольку население мира растет, биотопливо конкурирует за землю с урожаем, а около 800 миллионов человек уже сегодня не получают достаточно пищи. Кроме того, борьба с климатическим кризисом будет практически невозможна без сокращения выбросов от животноводства и производства молочных продуктов.
Микробы уже используются для приготовления многих обычных продуктов, таких как хлеб, йогурт и пиво. Но некоторые исследователи говорят, что «это другое», и что заставить потребителей есть микробный белок может быть сложно. Также они подозревают, что такие продукты могут быть неполноценными в плане питательности.
Дориан Леже из Института молекулярной физиологии растений им. Макса Планка в Потсдаме, Германия, который руководил новым исследованием, говорит: «Мы считаем, что микробные продукты очень многообещающие и станут одним из основных факторов, способствующих разрешению потенциального продовольственного кризиса».
Потребители могут довольно быстро принять этот новый продукт, но пока трудно делать какие-либо прогнозы.
«Но я занимаюсь спортом, и если бы мне сейчас предложили такой белковый коктейль, я бы его выпил», - говорит Леже.
Команда сделала основной акцент на сою, поскольку она связана с уничтожением лесов и в основном скармливается животным. Но также есть бактерии, которые производят основные элементы пальмового масла.
«Бактерии очень гибкие, поэтому в конечном итоге их можно адаптировать к различным продуктам», - сказал Леже.
По крайней мере с десяток компаний уже производят корм для животных из микробов, но бактерии обычно питаются либо сахаром из других сельскохозяйственных культур, либо метаном или метанолом из ископаемого топлива. Компания Solar Foods, расположенная в Финляндии, использует электричество для производства пищи для людей.
Новая оценка, опубликованная в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, - это первое количественное сравнение землепользования и энергоэффективности между традиционным сельским хозяйством и системами производства микробов на солнечной энергии.
Исследователи использовали данные о современных технологиях для расчета эффективности каждого этапа процесса, включая улавливание CO2 из воздуха и переработку микробов в пищу, которую люди могут есть. Они обнаружили, что микробная система использует только 1% воды, необходимой для посева, и совсем немного удобрений. При это стоит отметить, что большая часть удобрений, используемых на полях, тратится впустую.
Анализ показал, что солнечно-микробный процесс может производить 15 тонн белка с каждого гектара в год, чего достаточно, чтобы прокормить 520 человек. И это, по словам учёных, достаточно сдержанная оценка. Для сравнения, с гектара соевых бобов можно получить 1,1 тонны белка. Даже в странах с относительно низким уровнем солнечного света, таких как Великобритания, производство микробного протеина с каждого гектара будет как минимум в пять раз больше, чем на этой же площади дадут растения.
Исследователи предположили, что микробный белок будет стоить примерно столько же, сколько нынешние белки, потребляемые людьми. А вот если сравнивать с уже существующими кормами для животных, то новинка выходит в несколько раз дороже. Правда, ожидается, что будущие технологические усовершенствования позволят снизить затраты.
Леже сказал, что способность растений к фотосинтезу замечательна, но с точки зрения энергоэффективности основные культуры преобразуют только около 1% солнечной энергии в съедобную биомассу. Это связано с тем, что растения эволюционировали, чтобы конкурировать и воспроизводить, а также просто расти и использовать меньше спектра солнечного света, чем фотоэлектрические панели.
Все компоненты системы уже существуют, но Леже сказал, что теперь они должны быть протестированы вместе и в большом масштабе, в частности на улавливание CO2 из воздуха и обеспечение возможности вторичной переработки использованных солнечных панелей.
«Что касается продуктов питания для людей, также необходимо преодолеть множество ограничений», - сказал он.
Пит Яннетта из Института Джеймса Хаттона в Шотландии говорит: «Это действительно интересная концепция - вы отделяете производство продуктов питания от землепользования, что означало бы, что у вас может быть вся эта земля для восстановления».
Но он говорит, что пища состоит не только из основных питательных веществ, таких как белок и углеводы:«Существует очень много вторичных соединений, которые важны для вашего благополучия».
Яннетта также задался вопросом, станет ли микробная пища популярной: «Например, мы долгое время использовали водоросли в качестве потенциального пищевого ресурса, но они до сих пор не получили широкого распространения».
Доктор Тоби Моттрам, консультант по сельскохозяйственным технологиям, говорит: «Пока модель не будет протестирована и оценена с помощью экспериментальной установки, включая оценку жизненного цикла производства [солнечных панелей], трудно сказать, заменит ли она в [сельском хозяйстве] системы, которые были эффективны в течение тысяч лет, хотя и для меньшего количества населения, чем мы планируем прокормить».