'凭空制造食物'（2024）

# 制造“凭空产生的食物” 来源：https://www.noemamag.com/making-food-out-of-thin-air/ 鸣谢 Philip Maughan 是一位常驻伦敦的作家和研究员。 芬兰万塔——在太空中呼吸并不容易。为了让国际空间站上的宇航员存活（https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2020/10/g-281237_eclss_0.pdf?emrc=67ffdc），需要使用电解法将航天飞机燃料电池中的水、宇航员的汗液和尿液分解为氧气和氢气。氧气随后被过滤回舱内，而氢气要么被排放到太空中，要么与宇航员呼出的二氧化碳结合，以制造更多的水。 要是地球上也能如此简单就好了。 1964年，两位生物化学家在宾夕法尼亚州匹兹堡举行的美国化学工程师学会全国会议上提交了一篇论文，提出了利用剩余氢气的方案。这篇论文（https://analyticalsciencejournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/bit.260060406）来源于NASA的一份合同，描述了一种过程：通过一种来自曾被称为 *Hydrogenomonas* 属的特殊细菌，将残留的氢气转化为一种“细菌物质”，这种物质“富含蛋白质”，并含有“所有必需氨基酸”；它可能成为未来宇航员在星际长途航行中乐于享用的潜在食物来源。 六十年过去了，这种在封闭环境中制造食物的方法仍未出现在国际空间站上。相反，宇航员的饮食主要由脱水或冷藏食品组成，每90天由地球运送补充，外加一些在轨道上用人造光种植的蔬菜。 但1964年的提案依然存在，并在芬兰找到了一个意想不到的家园。在这里，生产食物的条件虽然不如近地轨道的近乎真空那样极端，但仍然相对不理想。今年的天气也不例外。 四月底，我参观了一家受1964年论文启发而新建成的工厂，大约3200平方英尺的空间里布满了管道、储罐和电缆。建造这家公司的公司Solar Foods是一家芬兰食品科技初创公司，以声称制造“凭空产生的食物”而闻名。工厂外是最近一场晚季暴风雪留下的融雪，Solar Foods联合创始人兼首席技术官Juha-Pekka Pitkänen向我保证这是“完全闻所未闻的”。 Pitkänen戴着一副厚透光眼镜，留着浓密的胡须，面色红润。他喝着玻璃杯中的百事可乐，而我则在设施的会议室里捧着一杯咖啡试图取暖。“这个时节不应该下雪，”他补充道。“但我们习惯了生活并非总是一帆风顺。我们对新想法持开放态度。”在胡须后面，我察觉到一丝得意的笑容。“这也是为什么这里的农民没有向我们扔石头的原因之一。” Solar Foods新建成的工厂大约有3200平方英尺，布满了管道、储罐和电缆。（Philip Maughan/Noema Magazine） Pitkänen在赫尔辛基以北约250英里处的一个叫Siilinjärvi的小型矿业小镇长大。他的父亲Jukka Pitkänen受雇于Kemira公司，该公司是镇上矿场的前所有者，该矿场是西欧最大的露天磷矿之一。 年轻的Pitkänen从小从父亲那里学习化学，但他觉得无法忽视20世纪商业模式所造成的破坏。尽管不确定具体是什么，他决心将自己的精力投入到“可持续的事情”上，并在赫尔辛基学习生物过程工程，之后于2001年加入芬兰分子生物学初创公司Medicel Oy。 2000年人类基因组计划发布了（https://www.genome.gov/10001457/2000-release-working-draft-of-human-genome-sequence）人类基因组的“工作草图”后，软件公司在分类自然界的宏大任务中看到了潜在的金矿，并开始建立一系列数据库，准备填入大量的生物数据。在Medicel期间，Pitkänen开发了旨在加速这一过程的自动化系统。（“这是新千年的乐观主义，”他告诉我。“基因组测序将变得可负担，生物学将被解决，”然而，“四分之一个世纪过去了，我们仍然没有完全理解即使是最简单的细胞是如何工作的。”） 2000年代芬兰的许多初创公司都是由诺基亚崛起期间创造的财富资助的，但随着2006年后诺基亚将市场份额输给苹果和谷歌，种子资本来源开始枯竭。2007年离开Medicel后，Pitkänen转入芬兰国有技术研究中心VTT，相当于美国的国家可再生能源实验室（NREL）或德国的弗劳恩霍夫协会，那里有一个团队专注于该国丰富的森林生物质的新用途。 想法包括利用锯末和木屑等工业副产品提取糖，为汽车提供燃料，或转化为乳酸等化学品，用于制造可生物降解塑料袋。但这些想法并未持久。 > “如果我们把废物用于其他用途，而不是为汽车提供动力呢？如果我们吃掉它呢？” 尽管VTT归芬兰国有，但运营方式类似于私营公司。当2014年石油价格下跌（https://blogs.worldbank.org/en/developmenttalk/what-triggered-oil-price-plunge-2014-2016-and-why-it-failed-deliver-economic-impetus-eight-charts）时，由于美国页岩油大量涌入以及石油输出国组织（OPEC）决定（https://www.nytimes.com/2014/11/28/business/international/opec-leaves-oil-production-quotas-unchanged-and-prices-fall-further.html）保持高产，第二代生物乙醇的经济性受到影响。Pitkänen计算过，即使燃烧芬兰全部森林生物质，他们仍然需要进口石油。 然而，就像当时所有优秀的欧洲人一样，VTT的研究人员坚信，廉价的可再生能源（太阳能和风能）即将大量涌现。大约在这个时候，他想起了一波来自1960年代的研究，这些研究专注于利用微生物将废物转化为可食用蛋白质。他想，如果我们把废物用于其他用途，而不是为汽车提供动力呢？如果我们吃掉它呢？ ## 农业的终结 如今，世界上近一半的可居住土地用于农业。其中，惊人的80%用于牲畜放牧和动物饲料。这意味着地球40%的总可居住土地用于动物产品，尽管肉类、奶制品和养殖鱼类*合计*仅提供（https://ourworldindata.org/global-land-for-agriculture）人类17%的卡路里。 只有一小部分农业用地（16%）用于种植我们直接食用的作物，另有4%用于生物燃料、纺织品和烟草等。只有38%的可居住土地是森林，而这部分土地仍在不断缩小（https://ourworldindata.org/deforestation#:~:text=Large%20areas%20of%20forest%20are,the%20latest%20UN%20Forest%20report.），主要是在物种最丰富的多样化热带地区。 我们需要更多的森林。它们可能并不完全是地球的肺（https://www.unep-wcmc.org/en/news/restoring-forests--the-lungs-of-the-planet）（大部分氧气来自我们的海洋（https://www.biodiversity.ox.ac.uk/research_stories/rainforests-are-not-the-lungs-of-our-planet/）），但它们是数十亿植物、动物、细菌和真菌的家园，它们复杂的代谢相互作用构成了生物圈，并在稳定气候方面发挥着关键作用。 随着人口的增长，对食物的需求将继续增加。同样重要的是，随着收入的持续增长，人们将更青睐营养密度更高的食物，如水果和蔬菜、油、肉类和奶制品（这一现象被称为贝内特定律，以斯坦福食品经济学家Merrill K. Bennett（https://ageconsearch.umn.edu/record/142802）命名）。 虽然肉类消费显然必须减少，但我们也需要在现有空间上做得更多。一种方法是，正如Elizabeth Kolbert在《纽约客》上报道的那样（https://www.newyorker.com/magazine/2021/12/13/creating-a-better-leaf），可以操纵光合作用这一效率出奇低下的化学过程，在不增加土地需求的情况下提高产量。另一种方法是完全放弃农田，在“城市农场”中利用微生物发酵的力量，这种农场从外面看，至少像是一座省级办公楼。 ## 来自电力的蛋白质 Solar Foods的工厂01（https://solarfoods.com/factory-01/#:~:text=Factory%2001%20is%20a%20unique,it%20into%20a%20novel%20food.）位于万塔的一个现代化工业园区内，从赫尔辛基机场乘火车大约10分钟即可到达。在建筑漆黑的内部，成捆的抛光钢管在皇家蓝色的环氧地板上方蜿蜒交织，将氢气、氨气、氧气和二氧化碳的有毒混合物送入一系列生物反应器及其内部的无声生物中。 正是在这些大约53加仑、530加仑和5300加仑的罐中，这家芬兰食品科技公司的第一款产品正在培育：一种名为Solein的全天然成分——是“solar”和“protein”的合成词——我被承诺今天将品尝到以多种形式制作的Solein。 从技术上讲，Solein是一种氢营养菌的粉末残留物：一种代谢分子氢的微生物。氢营养菌可以在土壤、海洋甚至人类肠道中找到。然而，找到一种适合作为食物的菌株是一个独特的挑战。 “有许多条件必须满足，”Pitkänen告诉我。“生长、安全、营养。所有细菌都有隐藏和战斗的机制，一种化学战。你需要找到一个和平主义者。” 2010年，136个国家签署了关于获取和惠益分享的《名古屋议定书》（https://www.cbd.int/abs#tab=3），旨在禁止“生物勘探”。本质上，该协议旨在减少西方公司在没有补偿的情况下利用较贫穷国家遗传资源制造药物或杀虫剂等产品的可能性。值得注意的是，弃权国包括土耳其、俄罗斯和美国。 芬兰是签署国，因此Pitkänen和公司CEO Pasi Vainikka在2017年创立Solar Foods后，开始在附近寻找候选微生物（最简单的方法是在公共土地或类似海洋的公共区域筛选微生物）。仅仅六个月后，他们在波罗的海的锡蓝色浅滩中找到了他们的细菌。“事后看来，也许我们很幸运，”Pitkänen告诉我。 > “虽然肉类消费显然必须减少，但我们也需要在现有空间上做得更多。” Solein含有65%到70%的蛋白质（其余是脂肪、纤维和矿物质），含有铁和B族维生素，可用于结合、增稠和乳化其他食物，在缺乏这些元素的地方（比如许多纯素乳制品替代品）增加口感和营养加分。从生物反应器中“收获”后的大部分过程，对于任何在啤酒厂或奶牛场待过的人来说都很熟悉，只是这里没有精酿啤酒爱好者或牛，只有一系列银色的设备在不停地嗡嗡作响和咔嗒作响。 在培育出足够体积后，一种藏红花黄色的液体被送入巴氏杀菌器，在离心机中浓缩，均质化并喷雾干燥。三个半吨装的最终产品大袋（带有淡淡的坚果味）放在工厂地板中间的木质托盘上，这是系统调试运行的产出。 公司表示，在满负荷运行下，单个工厂的年产量可达到最高176吨，单个生物反应器一天内产生的蛋白质量相当于挤300头奶牛。 在满负荷运行下，公司表示，单个工厂的年产量可达到最高176吨，单个生物反应器一天内产生的蛋白质量相当于挤300头奶牛。（Philip Maughan/Noema Magazine） Solar Foods并不是唯一一家试图利用甲烷或氢气等原料（这两种都是常见的工业副产品）扩大精密发酵规模的公司。（大多数传统发酵食品，如啤酒、面包和康普茶，使用必须在田地或哺乳动物体内生长的糖）。例如，英荷初创公司Deep Branch（https://deepbranch.com/）通过将20英尺长的容器插入工业场所中原本会释放到大气中的气体位置，为鱼粉制造蛋白质。 加利福尼亚州的初创公司Air Protein（https://airprotein.com/）正在湾区圣莱安德罗建立农场。尽管它们与Solar Foods有许多重叠之处，但Air Protein专注于肉类替代品市场，而Solein则被宣传为拥有现有产品的食品公司的原料。这些企业已经拥有品牌、专业知识，并且关键的是，有足够的产出能力来影响食品系统的运作方式。 “相当无聊的是，这是一场价格和数量的游戏，”当天晚些时候Vainikka说。Vainikka年近五十，透过金边眼镜凝视，并发表关于商业和技术创新的长篇独白，这是他职业生涯中从第一性原理研究能源基础的结果。他的背景是化学工程和经济学，曾领导VTT的国家新碳能源项目，在那里他遇到了Pitkänen。“你需要巨大的数量才能对食品系统产生微小影响，因为它太大了，”他说。 例如，考虑Hellmann's蛋黄酱或Häagen-Dazs冰淇淋（分别由联合利华和通用磨坊拥有）。这些产品已经流行了几十年。从中获利的公司几乎是垄断企业，几乎没有动力，只想尽可能缓慢而安全地掌舵。 然而，如果他们找到一种在不显著改变产品口味或价格的情况下减少气候影响（或提高营养价值）的方法，这些或任何其他公司很可能会关注。 没有一种单一的新奇食品，比如新的代餐奶昔或植物肉饼，可能像改变流行产品中的某种成分那样产生影响。对最终消费者来说可能不那么明显，但从某种意义上说，这正是关键所在。“我们的不同之处在于，我们是一种初级生产模式，”Vainikka说。“就像一种新小麦，它在系统中产生了显著差异，但最终消失在食物中。” ## 品尝测试 由于快到午餐时间，参观在建筑的顶层结束，那里有一台光滑的黑色碳捕集机器正在安静地从设施的暖通空调系统中清除二氧化碳。（类似的过程可以从空气中提取水，但由于芬兰水资源丰富，没有必要。） 完全依靠可再生能源——平均每年7000兆瓦时，大致相当于2000个美国家庭的用电量——该设施占Solein生产成本的一半，并且可以在任何地方重建，从阿拉伯沙漠到蒙古南部。 实际上，这两个地点都是不错的选择，因为它们有丰富的太阳能供应，并且难以使用灌溉（或雨水）种植粮食，而这是传统农业的核心。由于可再生能源通常提前10年或15年以固定价格购买（使用所谓的购电协议），收获量根据价格确定。