Välj tre ingredienser för att göra en näringsrik måltid och det är osannolikt att du väljer koldioxid, vatten och mikrober. Men forskare i Finland utvecklar ett sätt att sänka det enkla receptet med elektricitet inuti en bioreaktor för att skapa ett pulver som är cirka 50 procent protein och 25 procent kolhydrater.

Det ätbara pulvret kan blandas i en skaka eller förvandlas till en tofu-liknande mat för människor. Det kan också omvandlas till djurfoder. Eftersom det bearbetas inuti i en bioreaktor - liknande hur öl och Quorn, en brittisk köttersättning, är gjord - det kräver inte de enorma mängderna mark, vatten eller andra resurser som är nödvändiga för storskaligt jordbruk och släpper inte ut växthusgaser till atmosfären.

"Vi lossnar hela processen från landet, "säger Jero Ahola, professor vid institutionen för elektroteknik vid Lappeenranta tekniska universitet. Om solenergi används för att producera elen, processen är cirka 10 gånger effektivare vid framställning av mat än konventionellt jordbruk som är beroende av mark, säger Ahola.

För denna proof-of-concept strävan, bioreaktorn som användes var storleken på en kaffekopp, och processen att producera 1 gram av proteinet tog ungefär två veckor. Ahola och kollegan Juha-Pekka Pitkänen, huvudvetare vid Finlands tekniska forskningscentrum, säger att de arbetar med planer på att bygga en större bioreaktor, cirka 6 liter (1,6 gallon) i storlek, i början av nästa år. Efter det, de kommer att ansöka om ytterligare medel för att skala upp systemet ännu mer, bygga en bioreaktor på 2 kubikmeter (71 kubikfot) som kan producera 5 kilo pulver per dag. Tänk dig en av de 10-kilospåsar mjöl eller socker, och du förstår idén.

"Vi tror att vi skulle kunna skala upp det ganska snart nu när vi har fått det att fungera, säger Pitkänen.

Just nu, systemet körs med cirka 26 procents effektivitet, vilket innebär att 26 procent av elen går direkt mot att göra blandningen till mat. Teamet säger att de känner sig säkra på att de nästan kan fördubbla det för att uppnå en effektivitet på upp till 50 procent.

Receptet

För att göra pulvret, Ahola och Pitkänen kombinerar koldioxid, vatten och Knallgas -bakterier med ammonium, sulfat- och fosfatsalter, som fungerar som gödningsmedel. När ingredienserna finns inuti bioreaktorn, forskarna levererar en konstant elektrisk ström genom blandningen. Elektriciteten delar vattenmolekylerna, som är gjorda av väte- och syreatomer. När den väl befriats från sin molekylära bindning till syre, vätet kan användas av Knallgas -bakterierna som energi, som hjälper bakterierna att ta in koldioxid och förvandlas till protein.

"Den första riktiga applikationen kan vara i öknen, mata människor i Afrika, säger Pitkänen.

Även om elektrifiering av en bakteriell sammansättning för att göra mat verkar futuristisk, det går faktiskt tillbaka till 1960 -talet, säger Pitkänen, när den kända tyska mikrobiologen Hans Günter Schlegel och medförfattare R.M. Lafferty publicerade en forskningsartikel i tidskriften Nature som beskriver tanken. Efter det, Sovjet- och NASA -forskare påbörjade experiment för att se om de kunde använda mikrober för att skapa mat för astronauter.

"De undersökte hur man kunde förvandla CO2 och mikrober till mikrobiell biomassa, säger Pitkänen.

Men tekniken för att effektivt producera el i rymden var inte väl utvecklad. Rymdfartyg är ett slutet system, där allt måste användas eller återvinnas. Att bära tungt bränsle ombord för att göra mat var inte meningsfullt, och förnybar energi var fortfarande i sin linda. I åratal, tanken på att förvandla mikrober till mat hamnade bakom.

I dag, med förnybar energi på en uppåtgående bana, generera nollutsläppsel och använda den för att omvandla en brygga med vatten, CO2 och mikrober till ett pulverformigt protein är mer meningsfullt. Med ett förnyat intresse för mänskliga rymdresor, mat från elektricitet kunde hitta in i kosmos.

Sålänge, den har gott om applikationer på jorden. I dag, 795 miljoner människor världen över saknar tillräckligt med mat att äta. En näringsrik, högproteinpulver kan hjälpa till att hantera global hunger. Det kan också hjälpa planeten att minska växthusgaser totalt sett, och specifikt Finland, som har satt upp ett mål att sänka koldioxidutsläppen med 80 procent till år 2050.

"Vår jord håller på att bli som ett slags rymdskepp, "säger Ahola." Vi inser att vi närmar oss gränser och vi måste tänka på liknande lösningar för dessa problem. "

Forskarna förlitade sig på en bioreaktor för att tillverka sitt proteinpulver, och de föreslår att konsumenterna kan ha egna hemmareaktorer i framtiden.