Mikroorganismer kan i dag dyrkes på CO₂, hydrogen og mineraler og omdannes til protein næsten uden landbrugsjord. Teknologien kan derfor frigøre store arealer, men den kræver til gengæld betydelige mængder elektricitet, procesudstyr og mineralske næringsstoffer. Det afgørende spørgsmål er ikke, om vi kan fremstille “protein af luft”, men om teknologien kan indgå i et fødevaresystem, der over tid lagrer mere kulstof, end det samlet udleder.

Landbrug uden marker?

Traditionelt landbrug bygger på fotosyntesen. Planterne opfanger solens energi, binder CO₂ og bruger jordens vand og næringsstoffer til at opbygge biomasse. Mennesker og husdyr høster derefter en del af denne biomasse som fødevarer og foder.

Elektromikrobielt landbrug etablerer en anden vej fra energi til fødevarer.

Elektricitet bruges til at spalte vand og fremstille hydrogen. Hydrogenoxiderende mikroorganismer kan bruge hydrogenen som energikilde og CO₂ som kulstofkilde. Når de samtidig får kvælstof, fosfor, svovl og andre mineraler, vokser de og danner en proteinrig biomasse.

Processen kan forenkles til:

elektricitet + vand → hydrogen

og derefter:

hydrogen + CO₂ + næringsstoffer → mikroorganismer → proteinrig biomasse.

Den finske virksomhed Solar Foods er et af de mest fremskredne eksempler. Virksomhedens produkt Solein dyrkes i en fermentor ved hjælp af CO₂, hydrogen og næringsstoffer. Factory 01 i Finland har en designkapacitet på 160 ton Solein om året, og anlægget nåede denne kapacitet i 2025.

Det er altså ikke længere kun en laboratorieteknologi.

Det er ikke protein af ingenting

Udtrykket protein fra luft er fængende, men også misvisende.

Mikroorganismer består ganske vist hovedsageligt af kulstof, hydrogen, oxygen og kvælstof. Disse grundstoffer kan i princippet hentes fra luft og vand. Men cellerne kræver også fosfor, svovl, kalium, calcium, magnesium, jern, zink og en række andre mikronæringsstoffer.

Solar Foods oplyser, at omkring 4 % af Soleins tørvægt består af mineraler. Virksomheden beskriver cirka 20 nødvendige grundstoffer, hvoraf flere fortsat skal tilføres som mineralske næringsstoffer.

Teknologien ophæver derfor ikke næringsstofkredsløbet. Den flytter det fra marken til fermentoren.

Det spørgsmål, der normalt stilles til landbruget – hvor kommer kvælstoffet, fosforet og kalium fra? – skal derfor stilles lige så konsekvent til den industrielle proteinproduktion.

Hvor kommer kvælstoffet fra?

Mikroorganismer kan ikke bygge protein uden kvælstof. I flere eksisterende processer tilføres kvælstoffet som ammoniak eller ammonium.

Ammoniak fremstilles normalt ved Haber-Bosch-processen, hvor atmosfærisk kvælstof reagerer med hydrogen. Hvis hydrogenen produceres af naturgas, følger der et betydeligt fossilt klimaaftryk med. Men ammoniak kan også fremstilles med hydrogen fra elektrolyse drevet af lavemissions-elektricitet.

Dermed kan kæden i princippet blive:

luft → N₂ → grøn ammoniak → mikrobielt protein

Kvælstof bliver derfor ikke nødvendigvis en knap råvare. Energiforbruget ved at gøre atmosfærisk kvælstof biologisk tilgængeligt forsvinder derimod ikke.

Hvorfor virker det så alligevel?

Planternes fotosyntese er biologisk imponerende, men arealmæssigt relativt ineffektiv. Solenergi rammer en mark, men kun en lille del ender som høstbar kemisk energi i frøene. Solceller kan omdanne en langt større del af solindstrålingen til elektricitet. Elektriciteten kan derefter bruges til at fremstille hydrogen, som mikroorganismer omsætter til biomasse.

Der tabes energi i hvert trin:

sol → elektricitet → hydrogen → mikroorganisme

Alligevel kan den samlede produktion af protein pr. hektar blive langt højere end:

sol → plante → sojabønne.

Det er derfor først og fremmest arealeffektiviteten, der gør teknologien interessant – ikke dens energieffektivitet.

En videnskabelig sammenligning af fotovoltaisk drevet mikrobielt protein med traditionelle afgrøder fandt, at systemet potentielt kunne producere omkring en størrelsesorden mere protein pr. arealenhed end soja under gunstige forhold.

Fødevareenergi ind og ud

Det er værd at se på energien uden omsvøb. Et kilogram rent protein indeholder omkring 4 kcal pr. gram, svarende til cirka 4,65 kWh kemisk fødevareenergi. Hvis der eksempelvis bruges omkring 26–28 kWh elektricitet til at fremstille ét kilogram protein, er energiudbyttet omkring:

4,65 kWh fødevareenergi / 27 kWh elektricitet ≈ 0,17.

Man får altså i dette regneeksempel omkring 0,17 kWh fødevareenergi tilbage for hver kWh elektricitet, der bruges.

Selve proteinprocessen er dermed klart energimæssigt negativ. Det betyder ikke nødvendigvis, at teknologien er uhensigtsmæssig. Mange nyttige processer omsætter højværdig energi til produkter og har et energiudbytte under 1. Men det betyder, at elektromikrobielt protein ikke bør beskrives som en energiproducerende teknologi. Det er en teknologi til at omsætte elektricitet til mad.

Hvorfor kan teknologien alligevel være interessant?

Svaret er arealet.

Fotosyntesen er fantastisk, men den omdanner kun en mindre del af solindstrålingen til høstbar biomasse. Solceller kan opfange en større del af solenergien som elektricitet, som derefter kan anvendes til hydrogen og mikrobiel vækst.

Der tabes energi undervejs, men produktionen bliver meget koncentreret.

Et studie i PNAS fandt, at fotovoltaisk drevet mikrobielt protein kan producere væsentligt mere protein pr. arealenhed end traditionelle hovedafgrøder ved sammenlignelige solforhold.

En senere oversigtsartikel vurderer et arealbehov omkring 0,18–0,26 m² solcelleareal pr. kg protein pr. år, mens soja typisk ligger omkring 6–16 m² pr. kg protein pr. år. Ved vindkraft kan det direkte beslaglagte areal være endnu mindre.

Det er en forskel på en helt anden størrelsesorden end forskellen i energiforbrug.

Elektromikrobielt protein er derfor først og fremmest en arealbesparende teknologi.

Men vedvarende energi er ikke gratis

Her er det vigtigt ikke at stoppe analysen ved stikkontakten.

Solceller og vindmøller kræver minedrift, raffinering, stål, beton, aluminium, kobber, silicium, transport, fundamenter, kabler og senere demontering og genanvendelse.

Det samme gælder elektrolysører, fermentorer, kompressorer, pumper og bygninger.

Vedvarende energi har derfor et lavt livscyklusaftryk sammenlignet med fossile energikilder, men ikke et nul-aftryk.

Hvis en proteinproces bruger mange kWh elektricitet, skal den indlejrede energi og de drivhusgasudledninger, der følger med energiinfrastrukturen, regnes med.

En streng systemgrænse bør derfor begynde ved råstofudvindingen og fortsætte gennem produktion af VE-anlæg, elektrolysører og fermentorer, drift og vedligeholdelse og frem til nedtagning og genanvendelse.

Ellers undervurderer man systemets reelle omkostninger.

Den regenerative målestok

Det fører til en vigtig forskel mellem lavt klimaaftryk og regenerativitet. Et system kan have meget lave emissioner pr. kilogram produkt uden nødvendigvis at lagre kulstof. Hvis regenerativitet defineres ud fra den langsigtede balance, bliver spørgsmålet strengere:

Medfører systemet over en relevant livscyklus, at der netto lagres mere atmosfærisk kulstof, end der samlet udledes?

Det er ikke nok, at proteinfabrikken selv har et lavt klimaaftryk. Hvis den skal indgå i et regenerativt fødevaresystem, må den direkte og indirekte klimabelastning opvejes af reel og dokumenterbar kulstofopbygning andetsteds i systemet.

Det er her den frigjorte jord bliver afgørende.

Den frigjorte jord kan ændre kulstofregnskabet

Hvis den samme mængde protein kan produceres på en brøkdel af det areal, der ellers anvendes til soja eller andre proteinråvarer, opstår der et arealoverskud.

Men et frigjort areal lagrer ikke automatisk kulstof.

Hvis jorden blot bruges til en anden intensiv enårig afgrøde, kan klimaeffekten blive begrænset.

Hvis jorden derimod omlægges til skovlandbrug, flerårige dyrkningssystemer, vedvarende græs, vådområder, skov eller anden økosystemgenopretning, kan der opbygges betydelige kulstoflagre i jord og biomasse.

Dermed kan teknologien indirekte skabe en kulstofgevinst, som er langt større end den, man finder ved blot at sammenligne CO₂ pr. kg protein.

Men denne gevinst må kun tælles med, hvis arealet reelt omlægges.

Det er en vigtig systemgrænse.

Hvad viser energiregnskabet?

For at gøre størrelsesordenen tydelig kan vi bruge et illustrativt eksempel baseret på pilot-LCA'en.

Tallene er ikke et universelt facit for fremtidige anlæg. Energiforbruget kan forbedres, og forskellige studier anvender forskellige systemgrænser.

Men hovedkonklusionen er robust:

Elektromikrobielt protein producerer ikke et nettoenergioverskud.

Dets styrke ligger et andet sted.

Slutregnskabet

Hvis teknologien vurderes isoleret, er resultatet relativt klart.

Den vigtigste konklusion er derfor, at elektromikrobielt protein ikke i sig selv er et regenerativt dyrkningssystem efter en streng kulstofdefinition.

Fermentoren opbygger ikke et varigt kulstoflager. Kulstoffet i den producerede biomasse bliver spist og vender hurtigt tilbage til atmosfæren.

Teknologiens potentielle regenerative værdi ligger i stedet i den arealændring, den kan muliggøre.

Hvis et lille produktionsareal kan erstatte et langt større areal med proteinfoder, og den frigjorte jord derefter bruges til systemer, der opbygger stabile kulstoflagre, kan den samlede balance blive positiv.

Hvis dette ikke sker, er teknologien blot en meget arealeffektiv måde at omdanne elektricitet til protein på.

Arealeffektivitet er ikke det samme som regenerativitet

Elektromikrobielt protein er teknologisk interessant. Det kan fremstille store mængder protein på meget lidt areal og kan med lavemissions-elektricitet have et væsentligt lavere klimaaftryk end nogle af de produktionsformer, det erstatter.

Men det løser ikke i sig selv den grundlæggende klimamæssige udfordring.

Produktionen kræver løbende elektricitet, anlæg, råstoffer og næringsstoffer. Den kulstofmængde, som mikroorganismerne binder i biomassen, bliver ikke et varigt lager. Når proteinet spises eller nedbrydes, føres langt størstedelen af kulstoffet tilbage til atmosfæren.

Teknologien kan derfor reducere udledninger, men den opbygger ikke i sig selv et langsigtet kulstoflager.

Frigjort jord ændrer ikke den grundlæggende prøve

Det meget lave arealforbrug kan frigøre landbrugsjord. Hvis denne jord omlægges til skovlandbrug, skov, permanente græsarealer, vådområder eller andre systemer, der opbygger kulstof i jord og flerårig biomasse, kan det samlede fødevaresystems kulstofbalance forbedres betydeligt.

Det er en reel fordel.

Men den biologiske kulstofopbygning har en begrænset kapacitet. Jordens kulstoflager kan øges til et nyt niveau, og træbiomassen kan vokse gennem årtier, men ingen af delene kan fortsætte med at akkumulere kulstof med samme hastighed for evigt.

Når systemet nærmer sig et nyt ligevægtsniveau, falder den årlige kulstoflagring. Fermentorens energiforbrug og de tilknyttede livscyklusudledninger fortsætter derimod, så længe produktionen fortsætter. Det giver en afgørende forskel:

Kulstoflagring opbygger et lager. Udledninger er en løbende strøm.

Et system kan derfor godt være netto kulstoflagrende i en etableringsperiode og senere blive netto udledende, hvis den løbende udledning fortsætter efter, at de biologiske lagre i høj grad er fyldt op.

Den relevante prøve er den kumulative balance

Det afgørende spørgsmål er derfor ikke, om teknologien har et lavere klimaaftryk end soja, svinekød eller andre proteinkilder.

Det afgørende spørgsmål er:

Har hele systemet over en relevant lang tidshorisont fjernet mere kulstof fra atmosfæren, end det samlet har udledt?

Regnskabet skal medtage hele livscyklussen: energiproduktion, VE-anlæg, elektrolysører, fermentorer, bygninger, råstoffer, næringsstoffer, transport, vedligeholdelse og nedtagning. På den anden side kan dokumenteret kulstofopbygning i jord og flerårig biomasse medregnes.

Det er den kumulative netto-balance, der afgør klimaeffekten.

Arealbesparelse, energieffektivitet og recirkulering af næringsstoffer er vigtige egenskaber, men de er underordnede dette regnskab. De har kun klimamæssig værdi i det omfang, de bidrager til, at den langsigtede kulstofbalance bliver negativ set fra atmosfærens perspektiv.

Elektromikrobielt protein består ikke denne prøve alene

Med den teknologi, vi kender i dag, er elektromikrobielt protein ikke i sig selv en langsigtet kulstoflagrende produktionsform. Det kan være væsentligt mere arealeffektivt end traditionelle proteinråvarer. Det kan måske reducere drivhusgasudledningerne betydeligt, hvis det drives med energikilder med lavt livscyklusaftryk. Og det kan indirekte skabe plads til omfattende kulstofopbygning på andre arealer.

Men det ændrer ikke ved, at selve produktionen har en løbende energi- og ressourceomkostning og ikke opbygger et varigt kulstoflager. Derfor bør teknologien ikke betegnes som regenerativ alene på grund af sit lave arealforbrug eller et relativt lavt klimaaftryk. Den kan højst være en komponent i et større system, hvor andre dele opbygger tilstrækkeligt store og langvarige kulstoflagre til at overstige hele systemets kumulative udledninger.

Den langsigtede målestok

For et regenerativt fødevaresystem er målet derfor ikke blot at reducere udledningerne.

Målet er, at systemet over tid netto flytter kulstof: fra atmosfæren → til jord og varig biomasse

hurtigere og i større mængde end det gennem hele sin livscyklus sender kulstof og andre drivhusgasser den modsatte vej. Hvis denne balance ikke kan opretholdes på lang sigt, er systemet ikke klimamæssigt regenerativt. På den målestok er elektromikrobielt protein med den nuværende teknologi først og fremmest en arealeffektiv lavemissions-teknologi.

Det er ikke i sig selv en løsning på behovet for langsigtet netto-kulstoflagring.

Kilder og videre læsning

Järviö, N. m.fl. (2021): An attributional life cycle assessment of microbial protein production: A case study on using hydrogen-oxidizing bacteria. Science of the Total Environment 776, 145764. Studiet viser især elektricitetens store betydning for miljøregnskabet og er baseret delvist på empiriske data fra pilotproduktion.

Sillman, J. m.fl. (2020): A life cycle environmental sustainability analysis of microbial protein production via power-to-food approaches. International Journal of Life Cycle Assessment. Artiklen beskriver energiforbruget i elektrolyse, bioreaktor og efterbehandling og illustrerer den store betydning af tekniske antagelser.

Leger, D. m.fl. (2021): Photovoltaic-driven microbial protein production can use land and sunlight more efficiently than conventional crops. PNAS 118. Studiet sammenligner direkte areal- og solenergieffektiviteten i mikrobielt protein og traditionelle afgrøder.

Nyyssölä, A. m.fl.: Oversigt over hydrogenoxiderende bakterier til single-cell protein. Artiklen sammenfatter blandt andet det meget lave arealbehov sammenlignet med soja.

Solar Foods: oplysninger om Soleins proces, næringsstofsammensætning og Factory 01. Producentoplysninger anvendes her til at beskrive den konkrete teknologi og bør ikke betragtes som uafhængig dokumentation for dens samlede miljøeffekt.