● news.bsdnet.hu

A modern civilizáció egyik legnagyobb paradoxonja,hogy az a tevékenység, amely életben tart bennünket – a mezőgazdaság –, egyben a bolygó ökoszisztémájára mért legpusztítóbb csapás is. A hagyományos földművelés a szárazföldek óriási hányadát foglalja el, emellett felelős a globális üvegházhatású gázok kibocsátásának jelentős részéért, az édesvízkészletek kimerítéséért és az erdőirtások döntő hányadáért. Kell lennie egy jobb módszernek az élemiszer-termeléshez. Meixner Zoltán Rovatvezető (Tech) Ezeket látta már? A probléma gyökere a természet egyik legalapvetőbb folyamatában rejlik: a fotoszintézisben. Bár a növények évmilliók alatt tökéletesítették a napfény szén-dioxiddá és cukorrá alakítását, a folyamat energiahatékonysága mindössze 1 százalék körül mozog. A napsugarakból érkező energia döntő többsége elvész, ami azt jelenti, hogy hatalmas termőterületekre van szükségünk ahhoz, hogy elegendő kalóriát állítsunk elő a folyamatosan növekvő emberiség számára . Kutatók egy radikális új eljárással, az úgynevezett elektro-agrikultúrával bontanák le ezt a több ezer éves korlátot, közvetlenül elektromos áram segítségével állítva elő táplálékot – írja a New Scientist jövőbe tekintő elemzése . Erre a hatékonysági problémára kínál alternatívát a biomérnökök által kidolgozott koncepció. A lényeg, hogy a növényeket és a tápláléktermelést teljes mértékben függetlenítenék a napfénytől és a külvilági időjárási viszonyoktól. Ahelyett, hogy megvárnánk, amíg a növény a levelein keresztül lassú fotoszintézissel megköti a levegő szén-dioxidját, a kutatók egy napelemmel vagy más tiszta forrással hajtott elektrokémiai reakcióval végeznék el ezt a munkát. A folyamat során a megújuló villamos energia segítségével a szén-dioxidot és a vizet acetáttá alakítják át. Ez az ecetsavhoz hasonló szerves vegyület szolgál közvetlen energiaforrásként és „táplálékként” a növények, gombák, élesztők vagy algák számára, amelyeket így hidroponikus – azaz talaj nélküli, tápfolyadékos – rendszerekben, zárt épületekben lehet termeszteni. A hatékonyságbeli különbség drámai. A Joule folyóiratban megjelent tanulmány adatai szerint az elektro-agrikultúra hatékonysága algák esetében eléri a 4 százalékot, ami a természetes fotoszintézis négyszerese. Egy 2022-es kísérleti rendszernél pedig azt mérték, hogy a napfényből kiinduló, acetáton át vezető út az élesztő növesztésénél energetikai szempontból közel 18-szor hatékonyabb volt a hagyományos mezőgazdaságnál. A technológia a mezőgazdasági táj arculatát is gyökeresen megváltoztatná. A végeláthatatlan szántóföldek helyét többszintes, speciálisan kialakított épületek vennék át, amelyek leginkább óriási hűtőszekrényekre hasonlítanak. Az épületek tetején vagy azok mellett elhelyezett napelemek gyűjtik be a napenergiát, amelyből az alatta lévő szinteken elhelyezett elektrolizáló berendezések állítják elő az acetátot. A legalsó szinteken, egymás fölé polcolt tálcákon növekednének maguk a termények. Mivel a növények a tápfolyadékból szívják fel a szénvegyületet, nincs szükségük mesterséges megvilágításra sem: a termesztés szinte teljes sötétségben zajlana. Ez a megoldás nagyságrendekkel csökkenti a hagyományos vertikális farmok energiaigényét, ahol a hatalmas teljesítményű LED-lámpák működtetése eddig óriási költségtényezőt jelentett. A kutatói becslések szerint a technológia sikeres felskálázásával a mezőgazdasági földhasználat akár 88–94 százalékkal is csökkenthető lenne, és adott területen akár tízszeresére is nőhetne az élelmiszer-termelés. Ez a hatalmas helymegtakarítás elméletileg több milliárd hektárnyi természetes élőhely és erdő újratelepítését tenné lehetővé, visszaadva a területeket a természetnek . A műtrágyázás évszázados ipari logikája alapjaiban rendülhet meg a biotechnológia legújabb áttörésének köszönhetően, amely mesterségesen átalakított mikroorganizmusokkal táplálná a növényeket. A szintetikus műtrágyák előállítása óriási energiaigényű folyamat, amely az üvegházhatású gázok globális kibocsátásának mintegy 2 százalékáért felelős. Egy amerikai startup most olyan genetikai kapcsolóval ellátott baktériumokat tesztel, amelyek képesek közvetlenül a növények gyökereinél megkötni a nitrogént, radikálisan csökkentve a vegyi anyagok iránti igényt. A technológia gyakorlati alkalmazása jelenleg két különböző lépcsőfokon halad, és a mikroorganizmusok terén a jövő valójában már meg is érkezett. Az olyan szervezetek, mint a gombák, az élesztők és bizonyos baktériumok természetes módon is képesek az acetátot, illetve a hidrogént vagy más gázokat elsődleges energiaforrásként felhasználni. Ennek köszönhetően a mikrobiális fehérjetermelés nem csupán elmélet: a ma már nem működő norvég Norfermet cég például már 1999–2005 között 110 ezer tonna fehérjét állított elő metánból, ma pedig Kínában és Szaúd-Arábiában is működnek hasonló üzemek. A mai, többszintes hidroponikus növénytermesztő rendszereket felválthatják a környzettől teljesen izolált, fény helyett árammal működő üzemek, amelyek elvben akár egy sivatagban vagy az űrben is nevelhetnek élelmiszernövényeket / Illusztráció: Getty Images Egy nagyos is eleven finn úttörő vállalkozás, a Solar Foods pedig a levegő szén-dioxidjából, vízből és villamos energiából, gázfermentációval állítja elő a Solein nevű, akár 80 százalékos fehérjetartalmú port. Ráadásul ez az árammal termelt fehérje már nemcsak a laboratóriumban létezik: az Egyesült Államokban és Szingapúrban már kereskedelmi forgalomba is került, míg az EU-s engedélyeztetése jelenleg zajlik. A magasabb rendű kultúrnövények esetében – ilyen például a paradicsom, a saláta, vagy a magas kalóriatartalmú gabonafélék – a kihívás összetettebb. Bár a fiatal növények genetikai kódjában jelen van az acetát lebontásának képessége, felnőtt korukra ez a biológiai útvonal kikapcsol. A Kaliforniai Egyetem (Riverside) és a washingtoni St. Louis Egyetem biomérnökei jelenleg genetikai módosításokkal igyekeznek „felébreszteni” ezt a rejtett képességet. A kísérletek kezdetben a paradicsomra és a salátára összpontosítanak, de a hosszú távú cél a búzától a burgonyáig terjedő alapvető élelmiszernövények átalakítása, hogy azok tisztán acetáton, fény nélkül is képesek legyenek fejlődni. Bár az elektro-agrikultúra ígérete lenyűgöző – hiszen a zárt rendszerek teljes védettséget nyújtanak a fagyok, a kártevők és az aszályok ellen –, a technológia széles körű elterjedése előtt még komoly akadályok tornyosulnak. A legfontosabb szűk keresztmetszetet a szükséges villamos energia mennyisége jelenti. Az acetát elektrokémiai szintézise rendkívül energiaigényes folyamat: ha például az Egyesült Államok teljes élelmiszer-termelését erre állítanák át, az az ország jelenlegi éves áramfogyasztásának közel ötszörösét igényelné. A rendszer így csak akkor válik valóban klímabaráttá, ha a felhasznált energiát kizárólag megújuló forrásokból származik. A kutatók maguk sem állítják, hogy holnaptól az egész világ „áramból táplálkozik” majd. A laboratóriumi mérések és a modellezett becslések nem arról szólnak, hogy a nagyüzemi technológia máris készen állna. Az áramfogyasztás mellett a méregdrága infrastruktúra, a termékek árának lefaragása, a szigorú engedélyezési folyamatok és a fogyasztói elfogadottság – hogy az emberek szívesen megeszik-e a gázokból vagy génmódosított növényekből készült ételeket – mind nyitott kérdések. Az összes nehézség ellenére a technológia fejlesztése kritikus fontosságú lehet a következő évtizedekben. A klímaváltozás okozta szélsőséges időjárási események és a termőtalajok degradációja egyre inkább veszélyeztetik a hagyományos mezőgazdaságot. Ha a mérnököknek sikerül átlépniük a technológiai korlátokat, az élelmiszer-termelés a legmostohább körülmények között is – sivatagokban, katasztrófa sújtotta övezetekben, zsúfolt megavárosokban vagy akár a jövőbeli űrmissziók során – megvalósíthatóvá válik. Az elektro-agrikultúra – bár teljesen nem helyettesítheti a hagyományos mezőgazdaságot – nem csupán egy merész tudományos-fantasztikus elképzelés, hanem egy olyan új élelmiszer-gazdaság alapja lehet, amely gyökeresen átírhatja az emberiség fenntartható jövőjét. biotechnológia