Solarzellen erzeugen Nahrungsquelle für Menschen
Sonnenlicht lässt Mikroben wachsen. Sie können als hochwertige Eiweißquelle zur Ernährung der wachsenden Bevölkerung beitragen. Ein internationales Forscherteam konnte zeigen, dass dafür nur ein Bruchteil an Ressourcen notwendig ist im Vergleich zur konventionellen Landwirtschaft.
Ein internationales Forscherteam hat gezeigt, wie sich mit Hilfe von Sonnenlicht Mikroben effizient herstellen lassen.
Foto: Paul Van Laar, Dorian Leger, Silvio Matassa, Elad Noor, Alon Shepon, Ron Milo, Arren Bar-Even
Die Weltbevölkerung wächst stetig und damit auch das Problem, alle Menschen zu ernähren. Ein Anstieg der Nachfrage nach tierischen Produkten, die vor allem sehr viele Ressourcen verbrauchen, ist zu erwarten. Geht man davon aus, dass die konventionelle Landwirtschaft, wie wir sie heute kennen, diesen Bedarf decken soll, muss man gleichzeitig mit einer erheblichen Belastung für die Umwelt rechnen. Denn dafür sind große Flächen notwendig, Wasser, Dünger und ausreichend Sonne. Ein internationales Forscherteam geht davon aus, dass die Nachfrage nach Nahrungsmittel tierischen Ursprungs die globale Produktion bis 2050 ernsthaft in Frage stellen könnte. Deshalb haben sie nach einer Alternative gesucht und sie gefunden: Die Wissenschaftler wollen mit Solarzellen mikrobielles Protein erzeugen. Das sei nachhaltiger, effizienter und umweltfreundlicher als der Anbau konventioneller Pflanzen.
Mikroben als neue Nahrungsquelle ließen sich mit den gleichen Arten von Ressourcen produzieren und dann zu einem essbaren Pulver verarbeiten. Das sei reich an Proteinen und an weiteren Nährstoffen, so die Wissenschaftler. Der Vorteil: Es könnte an Tiere verfüttert oder als Lebensmittel für den menschlichen Verzehr verarbeitet werden. Das Forscherteam hat dies anhand von Computersimulationen getestet.
Durch Sonnenlicht aktivierte Mikroben könnten selbst in Wüsten wachsen
Für ihre Studie simulierten die Forschenden große mikrobielle Produktionsanlagen für Lebensmittel. Sonnenenergie, Luft, Wasser und Nährstoffe wurden ebenfalls für das Wachstum der Mikroben eingesetzt. Dabei ermittelten sie den Energiebedarf jedes einzelnen Schrittes, vom Anfang bis zum Endprodukt. Besonderes Augenmerk legten sie dabei auch auf die Stromerzeugung aus Sonnenkollektoren, die elektrochemische Herstellung des energiereichen Substrats für die Mikroben, die Kultivierung der Mikroben sowie Ernte und Verarbeitung der proteinreichen Biomasse. Danach schauten die Forschenden sich die Mikrobenarten und deren Wachstumsstrategien an, um herauszufinden, welche von ihnen die effizientesten sind.
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Das Ergebnis: Mikroben, die durch Sonnenlicht aktiviert werden, benötigen pro erzeugtes Kilogramm Protein nur etwa 10% an Fläche im Vergleich zur Sojabohne. Die Forschenden wählten Sojabohnen deshalb als Vergleichsparameter, weil diese Pflanzen als die effizienteste Pflanzenkultur gilt. Bezogen auf die Mikroben bedeutet dies, dass sogar in nördlich gelegenen Klimazonen mit eher wenig Sonnenschein erhebliche Erträge von solarbetriebenen mikrobiellen Nahrungsmitteln zu erwarten seien im Vergleich zu herkömmlichen Grundnahrungsmitteln, so ein Ergebnis. Gleichzeitig ließe sich auch der Einsatz von Wasser und Düngemittel dabei reduzieren. Damit sei diese Art der Nahrungsmittelproduktion auch für Gegenden geeignet, in denen eine konventionelle Landwirtschaft entweder nicht sinnvoll ist oder gar nicht funktionieren würde – zum Beispiel in Wüsten.
Mikroben sind eine hochwertige Eiweißquelle
Als Basis zur Kultivierung von Mikroben dient Glukose. Sie wird entweder aus der Landwirtschaft oder fossilen Quellen, Methan und Methanol gewonnen. Die Forschenden setzten in ihrer Studie bewusst auf erneuerbare Energien, in diesem Fall auf Photovoltaik (PV). Die Energie ist notwendig, um atmosphärisches Kohlendioxid und Wasser in Moleküle umzuwandeln, die dann als sogenannte Elektronendonatoren für Mikroben dienen können. Das internationale Team wollte herausfinden, wie produktiv PV-Systeme in Bezug auf Kalorien- und Proteinproduktion pro Zeiteinheit und Landfläche im Vergleich zu anderen Systemen und konventionellen Pflanzen sein könnten. Im Fokus stand dabei auch die Sonneneinstrahlung. Dieser Vergleich könnte künftig auch bei der Planung unterstützen, wenn es um die Zuweisung begrenzter Landressourcen für die Futter- und Lebensmittelproduktion geht.
Die Forschenden bezogen auch frühere Arbeiten mit in ihre Studie ein, die gezeigt haben, dass Proteine dieser Mikroben Vorteile haben, wenn man sie an Nutztiere verfüttert. „Wir gehen davon aus, dass mikrobielles Eiweiß auch als Nahrungsergänzung von Nutzen sein wird, da es eine hochwertige Eiweißquelle darstellt, die alle essenziellen Aminosäuren sowie Vitamine und Mineralien enthält“, erklärt Dorian Leger, Erstautor der Studie. „Durch die Umstellung auf die neue Methode könnten riesige Flächen frei werden, und darüber hinaus die weitere Zerstörung natürlicher Ökosysteme verhindert werden.“ Denn aktuell nutzen wir 30 bis 40 % der Erdfläche für die Landwirtschaft, dabei sei trotzdem jeder zehnte Mensch unterernährt.
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