ทะลุกรอบ

ป๋วย อุ่นใจ

 

ปฏิวัติวัฏจักรคาร์บอน (4)

: สร้างโปรตีนจากอากาศ

เปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ให้กลายเป็นสเต๊ก

สตอรี่เหมือนหลุดนิยายวิทยาศาสตร์ สตาร์ตอัพฟู้ดเทคดาวรุ่งเอาคาร์บอนไดออกไซด์มาใส่ถังหมักผลิตโปรตีนเนื้อสัตว์เทียมจากแบคทีเรีย ตอนนี้เริ่มเปิดตัวแล้วด้วยหอยเชลล์ กับเนื้อไก่ แต่ใครจะรู้ วากิว A5 อาจจะตามมาในไม่ช้า

ท่ามกลางวิกฤตร้อนระอุปะทุไฟ สถานการณ์ ณ ตอนนี้ที่วิกฤตจนไปต่อไม่ได้แล้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งประเทศในเขตศูนย์สูตรนี่สาหัสหนัก ร้อนจนแทบสลายกลายเป็นไอ แค่เดินออกจากบ้านไม่ทันไร น้ำเหงื่อก็ไหลราวกับไปฟิตเนสมาสักสามชั่วโมง แถมอากาศยังแปรปรวน ผลผลิตทางการเกษตรก็ลดลงแบบฮวบฮาบ

และถ้าดูแนวโน้มกันจริงๆ ก็ยังดูไม่มีทีท่าว่าจะคลี่คลาย อุณหภูมิเฉลี่ยผิวโลกดูจะค่อยๆ เพิ่มสูงขึ้นเรื่อยๆ ทีละน้อยละนิดจนเรียกว่า ร้อนเข้าขั้นวิกฤต สูงเป็นประวัติการณ์ในรอบล้านปี

ในหลายประเทศ หนึ่งในประเด็นฮอตที่เริ่มจะกลับมาได้ยินพูดถึงกันใหม่ ก็คือ ปัญหาการปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่ชั้นบรรยากาศ ประเด็นที่ต้องคิดคือ ถ้า net zero ยังเอาไม่อยู่ แล้วจะทำยังไงจึงจะแก้ปัญหาได้ ถ้าบอกว่าต้องคาร์บอน เนกาทีฟ แล้ววิธีไหนกันเล่าที่จะดีที่สุดที่จะเอามาใช้ดึงคาร์บอนกลับออกมาจากสิ่งแวดล้อมเพื่อให้การปลดปล่อยคาร์บอนสุทธิเป็นลบ

สารพัดนวัตกรรมถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อดึงคาร์บอนไดออกไซด์กลับออกมาจากสิ่งแวดล้อม (Carbon capture) ตั้งแต่ใช้พัดลมยักษ์ดูดแบบตรงๆ เลยจากอากาศ (Direct air capture, DAC) อย่างเทคโนโลยีของไคลม์เวิร์กส์ (Climeworks) และคาร์บอนเอนจิเนียริ่ง (Carbon Engineering) หรือว่าใช้จุลินทรีย์ดัดแปลงพันธุ์ไปดูดคาร์บอนไดออกไซด์กลับมาตรึงในมหาสมุทร (Direct ocean capture, DOC) อย่างเทคโนโลยีของเบิร์กลีย์แล็บ (Berkeley Lab)

แต่คำถามก็คือ จะเอาคาร์บอนไดออกไซด์ที่ดึงออกมาได้ไปเก็บไว้ที่ไหนดี บางที่บอกใส่ลงไปใต้พิภพ ซึ่งอุปมาก็เหมือนการเอาฝุ่นไปซ่อนไว้ใต้พรม จะมีปัญหาผุดขึ้นมาใหม่อีกเมื่อไรก็ไม่รู้ หรือถ้าจะมองในมุมอินโนเวทีฟหน่อยก็เปลี่ยนมันไปให้เป็นหิน อาจจะเอามาทำงานสถาปัตยกรรมแนวๆ หินปูน หินงอก หินย้อยก็น่าพอได้

แต่ด้วยสเกลของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีอย่างมหาศาล ถ้าเปลี่ยนไปได้แค่หินปูนกับฝังดินก็อาจจะน่าเสียดาย แต่ว่าจะเอาก๊าซพวกนี้ไปทำอะไรกันได้บ้าง? ใช่แล้วครับ ดังที่จั่วหัวไว้ เนื้อสัตว์เทียมจากคาร์บอนไดออกไซด์กำลังมา

“เราสร้างเนื้อจากอากาศ” สโลแกนของสตาร์ตอัพ แอร์โปรตีน (Air Protein) ฟู้ดเทคดาวรุ่งจากเพลแซนตัน แคลิฟอร์เนีย (Pleasanton, CA) เขียนไว้ได้อย่างน่าสนใจ และอากาศที่เขาหมายถึงนั้น หลักๆ ก็คือก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

ไอเดียเนื้อจากคาร์บอนไดออกไซด์ นี่ต้องบอกว่ามาได้ถูกที่ ถูกเวลามากๆ เพราะถ้าดูภาพรวมของสถานการณ์โลก นี่อาจจะเป็นการยิงปืนนัดเดียวได้นกสองตัว

เพราะจากการประมาณการโดยสำนักงานกิจการเศรษฐกิจและสังคมแห่งสหประชาชาติ (United Nations Department of Economic and Social Affairs) เราจะต้องผลิตอาหารเพิ่มให้ได้อย่างน้อย 70 เปอร์เซ็นต์เพื่อให้เพียงพอกับจำนวนประชากรโลกที่น่าจะพุ่งสูงขึ้นไปแตะหลักหมื่นล้านคนในปี 2050

แต่ด้วยเทคโนโลยีการผลิตอาหารในปัจจุบัน โอกาสที่จะผลักดันการเพิ่มการผลิตอาหารให้ได้ดังที่ตั้งเป้านั้นบอกเลยว่ายากมาก จนถึงขั้นแทบเป็นไปไม่ได้ด้วยเทคโนโลยีแบบเดิมๆ

และถ้าสำเร็จ เทคโนโลยีนี้จะตอบโจทย์ได้ทั้งวิกฤตโลกร้อนและวิกฤตอาหารได้ในคราวเดียว

 

ลิซา ไดสัน (Lisa Dyson) CEO และหนึ่งในสองผู้ก่อตั้งสตาร์ตอัพแอร์โปรตีน ไม่ใช่นักชีววิทยา และไม่ใช่นักเคมี เธอจบฟิสิกส์ควอนตัมจากเอ็มไอที (Massachusetts Institute of Technology) แต่มีประวัติการทำวิจัยอย่างโชกโชน ก่อนที่จะตั้งบริษัท

เธอเคยทำงานในบริษัทที่ปรึกษาชื่อดังอย่างบอสตัน คอนซัลติ้ง กรุ๊ป (Boston Consulting Group, BCG) และสถาบันวิจัยชั้นแนวหน้าของโลกหลายที่ ทั้งที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด (Stanford University) มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเบิร์กลีย์ (University of California Berkeley) ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์ เบิร์กลีย์ (Lawrence Berkeley National Laboratory) และมหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน (Princeton University)

“อย่าไปยอมให้ใครมาตีกรอบขังคุณไว้” แค่ทำวิจัยเพียงอย่างเดียว ยังไม่ท้าทาย ตอบโจทย์ชีวิต สำหรับลิซา

ในปี 2006 เธอตัดสินใจชวนจอห์น รีด (John Reed) เพื่อนสนิทของเธอมาร่วมทีมช่วยกันคิดเทคโนโลยีเพื่อความยั่งยืนและในปี 2008 พวกเขาก็ได้ก่อตั้งบริษัทสตาร์ตอัพ คิเวอร์ดี (Kiverdi) ขึ้นมา โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อจะนวัตกรรมการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากอากาศเพื่อนำมาประยุกต์ใช้สร้างสารทางชีวภาพมูลค่าสูง

 

ในระหว่างค้นคว้าข้อมูล ลิซ่าก็ได้บังเอิญไปเจอกับเปเปอร์ของนาซาที่พูดถึงเทคโนโลยีวัฏจักรคาร์บอนแบบลูปปิด (closed loop carbon cycle) ที่ตีพิมพ์เผยแพร่ออกมาตั้งแต่สมัยช่วงทศวรรษที่ 1960s

ในเปเปอร์อธิบายแนวคิดในการรีไซเคิลคาร์บอนกลับมาใช้ใหม่โดยจะใช้แบคทีเรียจำพวกไฮโดรเจโนโทรป (hydrogenotroph) สำหรับการเดินทางในอวกาศ นักบินอวกาศหายใจเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ให้แบคทีเรียกิน

แบคทีเรียเติบโตสร้างสารอาหารโภชนาการสูง เพื่อเอากลับมาให้นักบินอวกาศได้บริโภคกลับเข้าไปได้ใหม่ ซึ่งจะหายใจเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาให้แบคทีเรียกินอีกที หมุนวนเป็นวัฏจักร

ลิซามองว่านี่คือทางออกที่แสนชาญฉลาดในแง่การลดการปลดปล่อยคาร์บอน แต่ปัญหาก็คืองานวิจัยนี้ไม่กระเตื้องไปไหนเลย เรายังไปไม่ถึงดาวอังคาร เรายังไม่ได้ดาวดวงอื่นดวงไหนเลยจริงๆ เธอเสียดายที่เทคโนโลยีที่น่าสนใจนี้จะกลายเป็นแค่งานวิจัยขึ้นหิ้งที่ไม่มีใครเห็นค่า

“พวกเราคิดว่ามันเป็นไอเดียที่ดี โลกที่จริงก็ไม่ต่างจากยานอวกาศ ที่ทั้งพื้นที่และทรัพยากรก็มีจำกัด และพวกเราก็จำเป็นต้องหาวิธีที่จะรีไซเคิลคาร์บอนให้ดีกว่านี้เหมือนกันบนโลก” ลิซากล่าวใน TED talk ของเธอที่มีคนดูแล้วมากกว่าหนึ่งล้านห้าแสนวิว

แต่ความยากของการพัฒนาเทคโนโลยีนี้ก็คือ เชื้อแบคทีเรียที่จะต้องใช้นั้นยังแทบจะไม่มีใครเคยศึกษามาก่อน แถม ถ้าว่ากันตามหลักชีวเคมี กระบวนการที่เกิดขึ้นก็แอบดูย้อนแย้ง เป็นไปได้ว่านี่อาจจะเป็นสาเหตุที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์หลายคนเลือกที่จะมองข้ามและไม่ผลักดันงานวิจัยแนวนี้ต่อ เพราะกังขาถึงความเป็นไปได้

โดยปกติแล้ว ในกระบวนการแอนาโบลิซึ่ม (anabolism) หรือการสร้างสารโมเลกุลใหญ่อย่างพวกโปรตีน คาร์โบไฮเดรต และไขมัน จะเริ่มโดยการที่พวกสารโมเลกุลเล็กๆ จะเข้ามาทำปฏิกิริยาและสร้างพันธะเคมีมาเชื่อมต่อกัน ในทุกครั้งที่มีการสร้างพันธะเคมีก็จะต้องมีการให้พลังงานเข้าไปเพื่อเชื่อมสองโมเลกุลเข้าด้วยกัน ซึ่งปกติ พลังงานสำหรับที่จะนำมาสร้างพันธะเคมีพวกนี้จะได้มาจากปฏิกิริยาอื่นๆ เช่น การหายใจระดับเซลล์หรือการสังเคราะห์แสงของพืช

แต่คาร์บอนไดออกไซด์ เป็นสารประกอบโมเลกุลเล็กที่ถูกย่อยผ่านกระบวนการแคทาโบลิซึ่ม (catabolism) มาจนย่อยต่อไปอีกไม่ได้แล้ว และด้วยปัญหาเรื่องพลังงานที่จะเอามาใช้เชื่อมพันธะ การจะเชื่อมคาร์บอนไดออกไซด์กลับเข้าไปน้ำตาล หรือกรดอะมิโน ย้อนกลับไปเป็นสารโมเลกุลใหญ่อย่างโปรตีนหรือคาร์โบไฮเดรตนั้นอาจจะทำไม่ได้ง่ายๆ หากไม่มีการให้พลังงานเพิ่มเติมเข้าไป

 

แม้จะดูย้อนแย้ง แต่ลิซาและจอห์นก็ยังไม่หยุดฝัน เดินหน้าต่ออยู่ดี

ในปี 2006 พวกเขาเริ่มศึกษาและเพาะเลี้ยงเชื้อไฮโดรเจโนโทรปในถังหมัก (ด้วยวิธีการแบบเดียวกันกับการหมักไวน์) และพบว่าเชื้อแบคทีเรียนอกสายตาพวกนี้นอกจากจะโตเร็วแล้วยังมีประสิทธิภาพมากในการเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูง รวมถึงกรดอะมิโนจำเป็นได้ทุกตัวไม่ต่างจากที่พบในโปรตีนพืชหรือสัตว์เลยแม้แต่น้อย ซึ่งเป็นอะไรที่ว้าวมากสำหรับลิซาและจอห์น และเซอร์ไพรส์มากสำหรับนักชีวเคมีส่วนใหญ่

พวกเขาสกัดผลิตภัณฑ์ทั้งหมดที่ได้จากการหมักออกมาในรูปแบบของผงแป้งโปรตีนที่สามารถนำไปอบขึ้นรูปต่อได้ด้วยเทคนิคการทำอาหารทั่วไป ที่สามารถปรับเปลี่ยนและปรับแต่งได้ตามประสงค์จนสามารถสร้างเนื้อสัมผัสและรสชาติที่หลากหลาย ซึ่งอาจจะคล้ายคลึงกับเนื้อสัตว์จริงๆ ทั้งไก่ หมู วัว และอาหารทะเล

พูดเหมือนทำได้ทันใจ แต่ที่จริงแล้ว กว่าที่ลิซาและจอห์นจะทำวิจัยและพัฒนากระบวนการหมักแบคทีเรียไฮโดรเจโนโทรป จนสามารถพิสูจน์ว่าไอเดียการผลิตโปรตีนโดยตรงจากคาร์บอนไดออกไซด์นั้นเป็นไปได้ ก็ใช้เวลาปาเข้าไป 2016 หนึ่งทศวรรษพอดิบพอดี หลังจากที่เริ่ม

ในปี 2019 พวกเขาก่อตั้งสตาร์ตอัพใหม่แอร์โปรตีน เพื่อโฟกัสงานวิจัยอาหารโปรตีนสูงจากจุลินทรีย์ พร้อมเปิดตัวเมนูเนื้อสัตว์เวอร์ชั่นแรกจากคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาเป็นข่าวใหญ่สะเทือนวงการอาหาร ซึ่งถ้าถามเรื่องรสชาติและการยอมรับของสังคม ทางแอร์โปรตีนออกมาแถลงอ้อมแอ้มว่าผลการทดสองทางประสาทสัมผัส (ชิมรส) ของผู้บริโภคออกมาได้ผลตอบรับค่อนข้างเป็นที่น่าพึงพอใจ

รสชาติอาจจะบอกยาก เพราะขึ้นกับรสนิยมของคนชิม

แต่ที่โดดเด่นที่สุดสำหรับเทคโนโลยีนี้ก็คือความรวดเร็วในการผลิต (อัตราการเติบโต 4 วันจะให้โปรตีนได้เทียบเท่ากับเลี้ยงวัว 2 ปี) การเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม (แอร์โปรตีนใช้น้ำแค่ 0.8 ลิตรต่อกิโลกรัม ถ้าเทียบกับน้ำที่ต้องใช้ในการเลี้ยงวัว อาจต้องใช้มากถึง 15,000 ลิตรต่อกิโลกรัม) และคุณค่าทางโภชนาการของเนื้อสัตว์เทียมที่ได้

“เราใช้ทรัพยากรเพียงน้อยนิดและใช้พื้นที่ดำเนินการที่น้อยยิ่งกว่า” ลิซากล่าว “นี่อาจจะเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่ช่วยตอบโจทย์วิกฤตอาหารก็เป็นได้”

 

หลังการเปิดตัวผลิตภัณฑ์อย่างอลังการ ด้วยการนำเสนอไอเดียที่ดี มีผลกระทบทางสังคมที่ชัด และผลิตภัณฑ์แสดงศักยภาพของบริษัทที่ชัดเจน ทำให้แอร์โปรตีนเป็นหนึ่งในสตาร์ตอัพที่เนื้อหอมที่สุดสำหรับนักลงทุนกระเป๋าหนัก พวกเขาสามารถระดมทุนในรอบซีรีส์เอ (series A) ได้มากถึง 32.1 ล้านเหรียญสหรัฐ (หรือถ้าตีเป็นเงินไทยราวๆ หนึ่งพันหนึ่งร้อยห้าสิบล้านบาท) ในปี 2020

ในเวลานี้ ทางทีมกำลังพยายามอย่างหนักเพื่อออกแบบวิธีการอัพสเกลในการผลิตในระดับอุตสาหกรรม คิดว่าคงอีกไม่นานเกินรอ… เนื้อสัตว์อัดลม เอ้ยยย เนื้อสัตว์จากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์คงจะมีให้เห็นได้ในซูเปอร์มาร์เก็ต ส่วนจะนุ่มเหนียวเคี้ยวสนุกแค่ไหนคงต้องรอทดสอบกันเอาเอง…

นี่คือผลพวงจากการอ่านเปเปอร์โบราณตั้งแต่ยุคซิกซ์ตี้ ที่สองนักวิทยาศาสตร์เอามาผลักดันต่ออีกนับสิบปีจนประสบความสำเร็จ (หรือถ้ายังไม่นับว่าสำเร็จ ก็ถือว่าใกล้มากแล้ว)

บางทีในที่ที่เราไม่คาดคิด อาจจะมีขุมทรัพย์ซ่อนอยู่ ซึ่งถ้าไม่แง้มดู (แล้วคิด) ก็อาจจะมองไม่เห็น…

เพราะฉะนั้น สำหรับน้องๆ นักวิจัยท่องไว้สามคำ “อ่านเปเปอร์ อ่านเปเปอร์ อ่านเปเปอร์”