Nem vicc: ők tényleg a levegőből készítenek ennivalót

A növények már egymilliárd évvel ezelőtt „rájöttek” arra, hogyan lehet a fotoszintézis révén légköri szén-dioxidból, vízből és napenergiából szerves anyagokat létrehozni. Mi emberek pedig munkára fogtuk a növényeket, az általuk termelt tápanyagokat elfogyasztjuk, vagy az állatainknak adjuk, hogy őket együk meg. Ezt lényegében az első mezőgazdasági forradalom óta szisztematikusan végezzük, ami lehetővé tette, hogy a bolygó uralkodó fajává váljunk, és technológiai civilizációt hozzunk létre. Mostanra azonban sikerült elmennünk a falig, és a lehetőségeink határait feszegetjük, így 8 milliárd, pláne 10 milliárd embert már nem fogunk tudni fenntartható módon etetni. Az üvegházhatású gázok kibocsátásának negyede a mezőgazdaságból származik, alig valamivel lemaradva az energiaszektor mögött. És míg ez utóbbit a megújuló energia segítségével érdemben csökkenteni tudjuk, addig a mezőgazdaság jóval keményebb dió. De még csak nem is ez legnagyobb probléma, hanem a természetes élőhelyek megszűnése. A legtöbb kihalt állat- és növényfaj vesztét nem a klímaváltozás, hanem az élőhelyeik elvesztése okozta, amiket szó szerint beszántottunk. Ma a lakható földterületek 50%-át mezőgazdasági termelésre használjuk, ahol az ökoszisztéma pusztulása csupán járulékos veszteség. A mezőgazdaságilag hasznosított földek 3/4-ét használjuk állattenyésztésre, beleértve a legelőket, és a takarmánynövények termesztését is, miközben az állati fehérjék csak az általunk elfogyasztott kalória 18%-át adják. Borzasztóan pazarló módja ez a fehérje előállításának.

És ha ez a probléma egyáltalán szóba kerül, csak szemérmesen lesütjük a szemünket, mert hát enni csak muszáj. Majd veszünk elektromos autót, meg napelemet, és letudva a probléma. Van egy rossz hírem: ezzel egyáltalán nincs letudva.

Szerencsére néhányan elgondolkodtak a probléma megoldásán. Vajon meg tudnánk-e csinálni ugyanazt, mint a növények: szén-dioxidból, vízből és napenergiából ehető biomasszát előállítani, csak egy nagyságrenddel hatékonyabban? A tudomány válasza erre a kérdésre az, hogy igen, és csak egy parányi segítségre van szükségünk hozzá. A parányi szót ezúttal szó szerint kell érteni, olyan mikroorganizmusokról, egysejtű élőlényekről van szó, amelyeket már évezredek óta használunk élelmiszerek előállítására egy fermentációnak nevezett eljárás során. Tradicionális fermentációval sokféle ételt és italt készítünk, így például a sört is. A sörfőzés során mikrobákat és biomasszát helyezünk egy fém tartályba, ahol a mikroba (jelen esetben élesztőgomba) a biomasszában lévő szénhidrátokat megerjeszti, azaz lebontja etil-alkoholra és szén-dioxidra. A végeredményt pedig mindenki ismeri, és boldogan fogyasztja. A biomassza fermentáció abban különbözik ettől, hogy a fémtartályba a mikrobák mellé csak alapanyagokat teszünk, és ezekből a mikrobák hozzák létre az ehető biomasszát. Ezen kívül létezik még a precíziós fermentáció is, de ebbe most nem megyünk bele, mert messzire vezetne.

A NASA még a 60-as években kezdett el gondolkodni azon, hogyan lehetne a hosszú űrutazások során proteinekkel ellátni az űrhajósokat. Mivel több tonnányi fél disznót magukkal cipelni nem lett volna praktikus, ezért a figyelmük olyan baktériumok felé fordult, amelyek folyamatosan képesek a szén-dioxidból és vízből fehérjét előállítani. A hosszú távú űrutazásokból azóta sem lett semmi, a biotechnológia azonban tovább fejlődött, és lehetővé tette, hogy a NASA ötletére alapozva új üzleti modellek szülessenek.

2017-ben a finnországi Lappeenranta-Lahti Egyetem kutatási projektjének eredményeire alapozva létrejött egy helyi start-up, a Solar Foods, amely azt a célt tűzte ki maga elé, hogy napenergia segítségével a légköri szén-dioxidból hozzon létre emberi fogyasztásra is alkalmas fehérjét. Az ehhez szükséges mikroorganizmus egy talajlakó hidrogenotróf baktérium (ami szén-dioxidot használ szénforrásnak, és hidrogént redukálószerként). Az eljárásuk lényege, hogy a baktériumokat egy vízzel teli fémtartályba, egy úgynevezett bioreaktorba helyezik, amibe buborékok formájában a légkörből kivont szén-dioxidot és hidrogént engednek. A hidrogént elektrolízissel állítják elő, amihez megújuló energiát használnak. A vízhez adnak még ammóniát a nitrogéntartalma miatt, és különböző nyomelemeket is, így a baktériumok el tudnak kezdeni szaporodni, és közben proteinné (ún. egysejt-fehérjévé), alakítják át a szén-dioxidot és a hidrogént. A betakarítást követően a biomasszát kiszárítják, ami így egy leginkább talán a kukoricalisztre emlékeztető fehérjepor lesz, ezt a terméket a cég Soleinnek nevezte el. A Solein 65%-ban fehérjéből áll, ami tartalmazza az összes esszenciális aminósavat, emellett 20-25% szénhidrát, 5-10% zsír, és nyomelemek alkotják (foszfor, kálium, nitrogén, stb.). Tápanyagokban tehát igen gazdag. De mire használható?

Pasi Vainikka, a Solar Foods ügyvezetője (bal oldalon) kollégáival, a háttérben a bioreaktor. Kép: Solar Foods

A „légből kapott protein” első sorban a növényi fehérjéket egészítheti ki, vagy helyettesítheti. Lehet hogy fel sem tűnik, de nagyon sok étel csomagolásán szerepel az összetevők között a legolcsóbb fehérjeforrásunk, a szója, ami kiváltható Soleinnel. De a segítségével növelhető a fehérjetartalma a vegán ételeknek, amelyek így táplálóbbá válhatnak, vagy hozzáadható a növényi alapanyagokból készült műhúsokhoz is. És itt nem feltétlenül csak azokra kell gondolni, akik jó dolgukban nem akarnak húst enni, hanem azokra a százmilliókra, akik például Afrikában anyagilag nem engedhetik meg maguknak a húsfogyasztást.

Solein

Van azonban egy ennél is fontosabb felhasználási terület, a szója a kedvező árának köszönhetően gyakorlatilag megkerülhetetlen összetevője az állatok takarmányozásának, legyen szó szarvasmarhákról, csirkékről, vagy halakról. A világ legnagyobb szójaexportőre pedig Brazília, ahol felégetik az esőerdőket, hogy új termőterületekre tegyenek szert a szójatermesztéshez. Az imádság aligha fogja megmenteni az esőerdőket, erre a feladatra sokkal alkalmasabbnak tűnnek az olyan egysejt-fehérjék, mint a Solein.

A környezetvédelmi előnyei figyelemreméltóak. A Solein vízigénye százada, a területigénye pedig huszadakkora, mint a növényi eredetű fehérjék előállításának, és akár karbon negatív is lehet, mivel a felszabadult területek újraerdősíthetőek. A gyártása a sarkkörtől a Szaharáig bárhol lehetséges, mivel a megújuló energia és a legfőbb nyersanyagforrás, a levegő mindenhol rendelkezésre áll. Az élő szervezetek 95%-a csupán négy elemből áll: szénből, hidrogénből, oxigénből és nitrogénből, amelyek mindenhol megtalálhatóak a levegőben (a hidrogén vízpára formájában). Máshonnan beszerezni csak a maradék 5%-ot kell, ami a különböző nyomelemeket jelenti.

A termék hatósági engedélyeztetése megkezdődött, de ez az Unióban évekig is elhúzódhat. Mivel a mikroba 100% természetes, genetikailag nem módosított, így legalább ez nem okozhat gondot. A Solar Foods jelenleg napi kevesebb mint 1 kg fehérjét képes előállítani, és ezt is inkább csak demonstrációs jelleggel. Az elmúlt években azonban 35 millió euró tőkebefektetést sikerült összegyűjtenie, és az első gyárának felépítésén dolgozik, ami reményeik szerint 2023-ban már működni fog, és napi 300 kg Soleint lesz képes előállítani. Ez a mennyiség már elég lehet a kereskedelmi forgalmazás megkezdéséhez. A partnereik között megtalálható például a Fazer, Finnország egyik legnagyobb élelmiszeripari cége, amely idáig 15 millió eurót fektetett be a Solar Foodsba, amelyben 15% tulajdonrésszel rendelkezik. A Solein olyan növényi eredetű hozzávalókat helyettesíthet a Fazer termékeiben, amelyeket jelenleg például borsóból készítenek.

A napi 300 kg természetesen csak a kezdet, és a Solar Foods nincs is egyedül a pályán, bár jelenleg ők a legfelkapottabbak. Vannak azonban más európai cégek is, akik zöld hidrogénből gyártanak proteint. Ilyen például a belga Avecom, amely főtevékenységként szennyvízkezeléssel, illetve más szennyezőanyagok ártalmatlanításával foglalkozik. Az ő technológiájuk abban más, hogy légköri CO2 helyett ipari folyamatok, mint például a szennyvízkezelés során keletkező szén-dioxidot használnak fel alapanyagként.

Kép: Avecom

Ami az egyiknek hulladék, az a másiknak értékes nyersanyagforrás. Az angliai Deep Branch egy biomasszával üzemelő hőerőműben keletkező szén-dioxidot használ alapanyagként. A Drax Erőmű 2019 óta működtet egy kísérleti jellegű szén-dioxid-leválasztásos eljárást, az így keletkező, tulajdonképpen hulladéknak tekinthető anyagból a Deep Branch egy Proton névre keresztelt fehérje készítményt állít elő. 10 kg CO₂-ből 7 kg fehérje keletkezik, amiből akvakultúrák számára gyártanak haltápot. A Deep Branch 2023-ra tervezi beindítani a kereskedelmi méretű gyártást, a leendő üzeme akár évi 5000 tonnát is képes lesz majd termelni.

A szójatermesztés mellett a másik nagy környezetromboló tevékenységünk a halászat. Az elmúlt 50 évben nemcsak a népesség duplázódott meg, hanem az egy főre eső halfogyasztás is, a tengerek harmada még úgy is túlhalászottnak minősül, hogy ma már több tenyésztett halat fogyasztunk, mint vadon élőt. Az évente kifogott 90 millió tonna halból 20 millió tonna haltápként végzi az akvakultúrákban, ami lassan csökkenő tendenciát mutat ugyan, de egy alternatív fehérjeforrás így is segíthetne enyhíteni a tengeri élőhelyekre nehezedő nyomást.

Valamennyi zöld hidrogénes projekt Achilles-sarka a hidrogén ára. A mindent eldöntő kérdés az, hogy ezek a cégek elég olcsón tudnak-e hozzájutni a megújuló energiához, és az energiából elég olcsón tudnak-e hidrogént előállítani. Pasi Vainikka, a Solar Foods ügyvezetője bizakodó, úgy véli, hogy a tömegtermelés beindulásakor nem lesznek sokkal drágábbak a szójafehérjénél, később pedig akár versenyképesek is lehetnek vele, különösen, ha Finnországnál olcsóbb helyeken történik a gyártás.

A megújuló energia minden bizonnyal olcsóbbá fog válni a következő évtizedben, és elnézve a világ egyre fokozódóbb lelkesedését a hidrogén iránt, ennek előállítása is költséghatékonyabb lehet. Világszerte egyre-másra jelentenek be nagyobbnál nagyobb új hidrogénes projekteket, a fehérjegyártás pedig akár haszonélvezője is lehet ezeknek a beruházásoknak, kihasználva a méretgazdaságosságból származó előnyöket. A hidrogén egy igen sokoldalú gáz, használható az iparban, használható energiatárolásra és fehérjegyártásra is. Ezek a különböző felhasználási módok pedig egymást erősítik, hiszen minél nagyobb a kereslet valami iránt, annál jobban tud érvényesülni a méretgazdaságosság. Ez a megújuló energia számára is jó hír, mert ha rájuk akarjuk alapozni az energiaellátásunkat, akkor túlkapacitásokat kell kiépítenünk, a túltermelést hidrogén előállítására használhatjuk, a hidrogénből pedig élelmiszert gyárthatunk, és maga az élelmiszer már jól tárolható. A biomassza fermentáció és a megújuló energia így két egymást kiegészítő, egymás lehetőségeit kiterjesztő technológiája lehet a következő évtizedeknek.

Nem minden cég annyira finnyás, hogy ragaszkodjon a zöld hidrogénhez. Az amerikai Calysta olyan metanotróf mikrobákat használ, amelyek a földgázban lévő metánt alakítják fehérjévé, amiből FeedKind néven készítenek haltápot, és egyéb takarmányféléket. Bár a fosszilis gáz használata fenntarthatósági szempontból megkérdőjelezhető, a hatékonysága aligha, mert az így előállított eledel területigénye csupán százada a növénytermesztésének. A földgáz jelenleg még olcsóbb a hidrogénnél, ezért ez a technológia már ma versenyképes tud lenni a hagyományos módon készült tápokkal, és évekkel a hidrogenotróf gyártás előtt jár. A Calysta angliai üzeme 2 éve működik, évi 50 tonna haltápot képesek előállítani, ám ennél nagyratörőbb tervei vannak. A kínai Adisseo biotech céggel közösen létrehozott vegyesvállalatuk, a Calysseo idén januárban kezdte el felépíteni új üzemét a kínai Csungkingben. Az első fázis eredményeként az üzem évi 20 ezer tonna FeedKind előállítására lesz képes, ami a második fázisban évi 100 ezer tonnára bővül. Ennyi haltáp pedig a cég becslése szerint évi 450 ezer tonna takarmányhal kifogását teszi szükségtelenné, vagy 535 km² (nagyjából Budapest méretének megfelelő) földterületet szabadít fel a szójatermesztés alól. Persze a Jevons-hatás miatt ez a valóságban aligha így fog tudni érvényesülni, hanem inkább a halfogyasztásunk növekedését teszi fenntarthatóbbá.

A metán ilyen célú felhasználása természetesen kapóra jön az olajcégeknek, akik így zöldebbnek tüntethetik fel magukat, hiszen végső soron az esőerdők megmentésén dolgoznak. A BP például 30 millió dollárt fektetett a Calystába, ami nemcsak marketing szempontból hasznos, de egy teljesen új piacot is teremtenek maguknak. Hogy ez végül mennyire fog nekik sikerülni az kérdéses, mert mint ahogyan a Deep Branch ügyvezetője fogalmazott: „Lehet, hogy a Calysta 10 évvel hamarabb indult, de ez nem jelenti azt, hogy 10 év előnyük van.”

Akárhogyan is, annyi bizonyos, hogy a fosszilis és a megújuló energia közötti harcban új front nyílt, és ez nagyon jó hír a környezetvédelem számára.

A hidrogénről további, sokkal bővebb információk találhatóak az alábbi oldalunkon.

Hidrogén

dr. Papp László (Sol Invictus)

Technológiai elemző, és a Villanyautosok.hu csapatának megújuló energiákkal, energiatárolással, illetve piaci trendekkel foglalkozó szakértője. Célja, hogy minél többek számára tegye egyértelművé, hogy a fenntartható jövő gazdaságilag is a legracionálisabb választás.