Các nhà khoa học tại Đại học Göttingen ở Đức đã đề xuất kết hợp sản xuất năng lượng mặt trời với sản xuất protein vi sinh vật, mà họ tin rằng có thể là một giải pháp thay thế cho protein động thực vật và đảm bảo an ninh lương thực trong khi giảm tiêu thụ đất. 

Việc sản xuất protein vi sinh vật, bao gồm dạng bột có thể được sử dụng làm thức ăn giàu protein cho động vật hoặc làm thức ăn cho người, có thể được thực hiện bởi vi khuẩn, nấm, men và tảo và được coi là một giải pháp thay thế cho việc trồng cây thông thường. Các nhà khoa học lưu ý rằng một so sánh định lượng giữa nông nghiệp truyền thống và các hệ thống protein vi sinh vật điều khiển bằng quang điện, về sử dụng đất và hiệu quả sử dụng năng lượng, vẫn chưa được thực hiện.

“Chúng tôi cho thấy việc sản xuất thực phẩm vi sinh tốt hơn so với canh tác nông nghiệp đối với các loại cây lương thực về năng suất calo và protein trên mỗi diện tích đất ở tất cả các mức bức xạ mặt trời liên quan,” các nhà khoa học nêu trong bài báo “Sản xuất protein vi sinh dựa trên quang điện có thể sử dụng đất và ánh sáng mặt trời hiệu quả hơn các loại cây trồng thông thường”, được công bố trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (PNAS).

PV-SCP: mặt trời, không khí và nước

Nhóm người Đức đã lập mô hình sản xuất quy mô lớn sinh khối vi sinh vật, còn được gọi là protein đơn bào (SCP), bằng cách kết hợp quang điện trên mặt đất, không khí, nước và chất dinh dưỡng để phát triển các protein vi sinh vật. Theo cấu hình này, PV được sử dụng để chuyển CO2 trong khí quyển có nguồn gốc từ việc thu nhận không khí trực tiếp thành sinh khối vi sinh vật.

Đầu tiên, điện do nhà máy năng lượng mặt trời tạo ra được sử dụng để sản xuất năng lượng hóa học được lưu trữ trong các chất cho điện tử như hydro, metanol và formate. Sau đó, năng lượng này được chuyển hóa thành năng lượng hóa học được lưu trữ trong sinh khối nhờ sự phát triển của vi sinh vật. Trong bước lọc cuối cùng của quy trình, nucleotide, axit béo và carbohydrate được loại bỏ khỏi sinh khối và chỉ giữ lại protein.

Tăng hiệu quả

Theo phát hiện của nhà nghiên cứu, việc sản xuất SCP sử dụng năng lượng mặt trời chỉ cần 10% diện tích đất so với đậu tương, đây là loại cây trồng hiệu quả nhất. Ngoài ra, báo cáo lưu ý rằng thực vật và động vật sử dụng nước nhiều hơn khoảng 100 và 10.000 lần để tạo ra lượng calo tương ứng.

“Nghiên cứu đã tính toán rằng ngay cả ở những vùng khí hậu phía bắc với ít ánh nắng mặt trời hơn, sản lượng của thực phẩm vi sinh sử dụng năng lượng mặt trời có thể tạo ra sản lượng cao hơn rất nhiều so với các loại cây trồng chủ lực, đồng thời giảm thiểu việc sử dụng nước và phân bón. Điều quan trọng là, hoạt động sản xuất này cũng có thể được đặt ở những vùng không thích hợp cho nông nghiệp, chẳng hạn như sa mạc”.

Tuy nhiên, họ cũng thừa nhận rằng SCP có thể phải đối mặt với sự khó chấp nhận của người tiêu dùng trên thị trường thực phẩm hoặc áp lực về giá cả trên thị trường thức ăn chăn nuôi.