二氧化碳變食物?糧食危機的一線曙光!

自從全球暖化議題受到關注以來,二氧化碳可以説是「全民公敵」。世界各國一年年不斷加碼的減碳目標,讓人恨不得能把自己變成一棵樹,以二氧化碳為食,豈不是世界太平?沒想到這個聽起來很天馬行空的主意,竟然真的一步步在實現!

圖片來源 motionelements

撰文|林孟學

●二氧化碳變蛋白質?有影嘸?

芬蘭新創公司Solar Foods實現了一種以二氧化碳、水和營養物質為原料、生產可食用蛋白質的技術,並在2021年11月初,在芬蘭赫爾辛基附近興建了第一家商業規模的工廠,目標在2023年之前推出第一批產品上市。[1, 2]

這項技術其實早在2017年就已經發展成熟:先將水電解成氫和氧,再以空氣捕獲裝置搜集二氧化碳,將氣體連同氮、鈣、磷和鉀等營養物質一同輸入生物反應器(bioreactor);在生物反應器中,科學家會裝入培養液和一種專門以二氧化碳爲食的微生物群,這些微生物就會像發酵反應一樣,在封閉的反應器中迅速生長、繁殖,經過處理後,就能變成富有蛋白質的黃白色粉末。

目前這些粉末被命名為Solein,有著跟藻類相近的營養成分,大約有50-60%的蛋白質,其餘的成分則是碳水化合物和脂肪,至於嚐起來呢?據説味道跟口感都更像小麥粉一點。[1, 2] 根據Solar Foods的説明,他們已經嘗試製作了將近20種以Solein為主要成分的食品,例如麵包、義大利麵和肉丸,甚至主張只需要1公斤的Solein就能提供7到10個人一天所需的蛋白質。[3]

雖然同樣是以蛋白質為主要成分,但其實Solein這種蛋白粉跟市面上我們吃到的高蛋白粉不大相同。一般的高蛋白粉大多來自於蛋豆魚肉這些日常動植物性蛋白質來源,但Solein卻屬於一種稱爲「單細胞蛋白」(single cell protein)的蛋白質,其一大優點就是生產速度快。有多快?快到根據Solar Foods的推算,只要用上3.2個台灣面積的土地,便能供應全球所需的蛋白質。[4]

此外,單細胞蛋白的營養密度高,是維生素、礦物質和纖維的良好來源。在兩次大戰期間,德國就曾經使用酵母菌代替進口肉類,加入湯或臘腸,來維持人民的營養均衡。[5] 而在Solar Foods的技術下,甚至可以藉由微調生產過程中添加的微量元素,來調整Solein的營養成分,進而減少人體可能的過敏反應。

Solein做成的食物。圖片來源:solarfoods
Solein做成的食物。圖片來源:solarfoods

●有得吃又環保?有這麽好康?

Solar Foods的這項技術是少數能兼顧增加糧食穩定性和減少碳排放兩大難題的方案。

糧食穩定性是近幾年廣受討論的議題。確保糧食穩定性的因素,一為糧食的供應量:芬蘭VTT技術研究中心預估到了2050年,每年需要12.5 億噸肉類和奶製品、才能滿足全球對動物性蛋白質的需求。爲此,在傳統畜牧業的框架下,就需要大大擴展農地面積,以芬蘭爲例,目前芬蘭全國土地約有40%用於農業,其中80%的作物就是用來飼養牲畜,更別提專門用於放牧的農地;同時,這也意味著居高不下的用水量和碳排量。[2] 而Solar Foods主打的優勢之一,便是這項技術的高效率:他們聲稱生產1公斤Solein的用水量是1公斤牛肉的六百分之一,所需土地面積是飼養牛隻用地的二百分之一,而碳排量則爲二百分之一。[6]

另一項造成糧食供應失衡的因素是人類單一的飲食習慣。目前人類普遍飲食的來源,大約有75%都集中在12個物種上,其中有5種動物、7種植物,一旦有生態滅絕性的災難臨到任一物種,全球人口都會受到影響。而Solein做爲無懼於氣候變化且不需農地的蛋白質來源,將是增加飲食多樣性、降低環境依賴的一大利器。除此之外,工業化單細胞蛋白生產的附加價值還有解決了傳統農業畜牧業剝削地力、污染土壤的問題。

●前進未來、前進太空?

Solar Foods目前的目標是在商業化的前提下將產量提升,同時致力於在2023年前達到碳中和,爲了降低製程本身的碳排量,Solar Foods利用太陽能或風能作爲水電解的電力來源,並推動在休耕後的農地上重新造林,進一步實現除碳。

與此同時,Solar Foods也極力向「外」發展——向外太空。憑藉著單純、易取得的生產原料及封閉、不受重力影響的製程條件,Solar Foods在2018年入選歐洲太空總署(European Space Agency)的商業孵化計劃,支持火星殖民的食物生產 [7],並在2021年十一月又獲得美國NASA的Deep Space Challenge認可為前途可期的太空食物生產系統。[8]

那麽,最後一個問題,Solein這一類食品真的能緩解糧食危機嗎?答案仍是未知的。的確Solein的出現讓我們看到食物生產效率提升和重新野化農地(rewild)的可能性。然而,比起糧食產量的穩定性,糧食危機更大的隱患在於糧食的分配。根據聯合國糧食及農業組織過去幾年的《世界糧食安全和營養狀況》報告,由於COVID-19大流行造成農業生產停擺及國際貨運運量大減,全球受飢餓影響的人數在2020年明顯攀升,營養不良發生率(Prevalence of undernourishment,PoU)從2019年的8.4%上升到了2020年的9.9%,幾乎倒退回2009年的水平。[9] 顯示出全球尺度下糧食供應的脆弱性。毋庸置疑地,Solar Foods這一項不依賴於農業、天氣或季節的技術,使得食物生產可以完全不受地點限制,但如何達到資源分配最佳化仍需仰賴相關單位的資本配置和管理,才有望為沙漠、極地和世界其他農業得不到充分支持的地區提供穩定的食物來源。

 

參考資料:

  1. Jan Graber. (2021). CO2 wird zu Protein-Pulver – kann diese Technologie die Welt ernähren? 20 Minuten. https://www.20min.ch/story/hier-entsteht-food-aus-der-luft-849469993433
  2. Rima Sabina Aouf. (2021). Making protein from CO2 can "remove the climate impact of food" says Solar Foods CEO. Pratt Institute School of Continuing & Professional Studies. https://www.dezeen.com/2021/06/29/carbon-solar-foods-pasi-vainikka-solein/
  3. Bundesvereinigung der Deutschen Ernährungsindustrie. (2021). Nahrung aus CO2: Ein finnisches Start-up produziert Proteinpulver aus Luft. https://www.bve-online.de/themen/nachhaltigkeit/nahrung-aus-co2-1
  4. George Monbiot. (2018). Electric food – the new sci-fi diet that could save our planet. The Guardian.
  5. Ukaegbu-Obi, K. M. (2016). Single cell protein: a resort to global protein challenge and waste management. Journal of Microbiology & Microbial Technology.
  6. Solar Foods. (2019). Our Impact. https://solarfoods.fi/impact/
  7. The European Space Agency. (2019). Food out of the thin air. https://www.esa.int/Applications/Telecommunications_Integrated_Applications/Technology_Transfer/Food_out_of_the_thin_air
  8. Sean Potter. (2021). NASA Announces Winners of Deep Space Food Challenge. https://www.nasa.gov/press-release/nasa-announces-winners-of-deep-space-food-challenge
  9. Food and Agriculture Organization of the United Nations. (2021). The world is at a critical juncture. https://www.fao.org/state-of-food-security-nutrition
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