Sản xuất lương thực từ vi sinh vật bằng năng lượng mặt trời

Thế giới đang phải đối mặt với những thách thức ngày càng lớn về lương thực, thực phẩm khi dân số tăng nhanh. Do đó, chỉ sản xuất nông nghiệp thông thường sẽ khó đáp ứng nhu cầu và tác động xấu đến môi trường.

Nhóm nghiên cứu quốc tế tại Đại học Göttingen, do Dorian Leger dẫn đầu, đã sử dụng các tấm pin mặt trời để sản xuất protein vi sinh vật. Nó không chỉ tạo ra sản phẩm giàu protein mà còn chứa nhiều chất dinh dưỡng, đồng thời thân thiện với môi trường hơn so với trồng cây nông nghiệp thông thường. Phương pháp này sử dụng năng lượng mặt trời, đất đai, chất dinh dưỡng và carbon dioxide từ không khí. Nghiên cứu của nhóm đã được công bố trên Kỷ yếu Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ (PNAS).

Mô hình hệ thống sản xuất lương thực từ vi sinh vật bằng năng lượng mặt trời của nhóm nghiên cứu Đại học Göttingen. Ảnh: Eurekalert

Sử dụng mô phỏng máy tính lấy trực tiếp từ các kết quả trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã lập mô hình các cơ sở sản xuất thực phẩm vi sinh quy mô lớn. Mô hình này sử dụng năng lượng mặt trời, không khí, nước và chất dinh dưỡng để phát triển vi sinh vật cần thiết. Sinh khối giàu protein được thu hoạch và chế biến. Bột thu được, có thể được sử dụng làm thức ăn cho con người và cả động vật.

Nghiên cứu phân tích nhu cầu năng lượng cho từng bước, từ đầu đến sản phẩm cuối cùng. Năng lượng điện được lấy từ các tấm pin mặt trời. Quá trình điện hóa tạo ra các chất giàu năng lượng cho vi sinh vật. Nuôi cấy vi sinh, thu hoạch và xử lý sinh khối giàu protein. Một số loại vi sinh và chiến lược tăng trưởng đã được đối sánh để xác định loại hiệu quả nhất.

Kết quả, với mỗi kilogam protein được tạo ra, các vi sinh vật sử dụng năng lượng mặt trời chỉ bằng khoảng 10% so với diện tích đất trồng, ngay cả với loại cây hiệu quả nhất như đậu tương.

Ngay cả ở những vùng khí hậu ít nắng, thực phẩm vi sinh sử dụng năng lượng mặt trời có sản lượng cao hơn nhiều so với các loại cây trồng chủ lực, đồng thời giảm thiểu việc sử dụng nước và phân bón. Ngoài ra, hoạt động sản xuất này còn có thể được áp dụng ở những vùng không thích hợp cho sản xuất nông nghiệp, chẳng hạn như trên sa mạc.

Các nghiên cứu trước đây đã chứng minh, protein từ các loại vi sinh cho thấy tác dụng có lợi khi làm thức ăn cho gia súc và hiện đã được sản xuất với quy mô lớn ở châu Âu. "Protein vi sinh vật này cũng sẽ có lợi như một chất bổ sung cho chế độ ăn uống, vì nó cung cấp nguồn protein chất lượng cao, bao gồm tất cả axit amin thiết yếu, cũng như vitamin và khoáng chất", tác giả chính Dorian Leger nhấn mạnh.

Công nghệ của họ có tiềm năng hỗ trợ sản xuất lương thực, trong khi ngăn ngừa thiệt hại cho môi trường. Các phương pháp canh tác hiện nay góp phần khiến hệ sinh thái bị ô nhiễm và nguồn nước dự trữ trên toàn thế giới bị cạn kiệt.

Khoảng 30 - 40% diện tích đất toàn cầu hiện được sử dụng để làm nông nghiệp, nhưng cứ 10 người thì có một người thiếu lương thực. Leger nói. "Việc tích hợp nuôi cấy vi sinh giàu chất dinh dưỡng với các hệ thống năng lượng tái tạo, có tiềm năng cho sản lượng nhiều hơn mà tài nguyên sử dụng ít hơn".

Phương pháp của họ có thể giải phóng lượng lớn đất nông nghiệp trên toàn thế giới. Ngoài ra, còn bảo vệ các hệ sinh thái tự nhiên, do đó đóng góp có giá trị vào việc bảo tồn và phát triển bền vững, đồng thời thúc đẩy an ninh lương thực toàn cầu.