Pengeluaran daging yang ditanam mempunyai potensi besar tetapi menghadapi cabaran tenaga yang kritikal. Dari permintaan tenaga yang tinggi dalam bioreaktor hingga mengekalkan penyimpanan sejuk semasa pengedaran, halangan ini boleh menjejaskan manfaatnya. Untuk menjadikan daging yang ditanam berdaya maju, industri mesti menangani kecekapan tenaga dan beralih kepada sumber tenaga boleh diperbaharui.
Mata penting:
- Bioreaktor: Mengekalkan keadaan steril dan terkawal memerlukan tenaga yang signifikan. Ini melibatkan memilih sensor untuk bioreaktor daging yang ditanam yang memantau suhu dan pH tanpa penggunaan kuasa yang berlebihan. Media pertumbuhan dan operasi berskala besar meningkatkan lagi penggunaan.
- Penyimpanan Sejuk: Sistem penyejukan menggunakan 40–70% elektrik kemudahan. Ketidakcekapan, seperti penyimpanan yang tidak digunakan sepenuhnya, memburukkan lagi masalah.
- Tenaga Boleh Diperbaharui: Sistem solar dan angin di tapak, bersama dengan Perjanjian Pembelian Tenaga (PPA), boleh mengurangkan pelepasan dengan ketara.
-
Isu Perolehan: Menggunakan peralatan generik meningkatkan penggunaan tenaga. Platform khusus seperti
Cellbase menawarkan penyelesaian yang disesuaikan dan cekap tenaga. - Peningkatan Skala: Bioreaktor besar memperkenalkan cabaran intensif tenaga seperti menguruskan tahap CO₂ dan mengoptimumkan pencampuran.
Penyelesaian termasuk meningkatkan kecekapan bioreaktor, mengamalkan logistik rantaian sejuk pintar, dan mendapatkan tenaga boleh diperbaharui. Menangani isu-isu ini adalah kunci untuk mengurangkan pelepasan dan menjadikan daging yang ditanam sebagai pilihan yang berdaya maju untuk memberi makan kepada populasi yang semakin meningkat.
Penggunaan Tenaga dan Emisi dalam Pengeluaran Daging Ternak Berbanding Daging Lembu Konvensional
Keperluan Tenaga dalam Pengeluaran Daging Ternak
Penggunaan Tenaga dalam Operasi Bioreaktor
Bioreaktor adalah teras pengeluaran daging ternak, tetapi ia datang dengan bil tenaga yang tinggi. Mengekalkan keadaan ideal - sekitar 37°C, tahap pH terkawal, dan kepekatan oksigen yang tepat - memerlukan bekalan tenaga yang berterusan. Selain itu, proses ini memerlukan kemandulan gred farmaseutikal yang ketat untuk mencegah pencemaran dan risiko virus, yang seterusnya meningkatkan penggunaan tenaga.
Permintaan tenaga ini amat ketara dalam bioreaktor berskala besar, seperti sistem tangki kacau dan angkat udara, yang berkisar antara 41,000 hingga 262,000 liter dalam kapasiti.Menurut penilaian kitaran hayat awal, pengeluaran daging yang diternak boleh menggunakan antara 26 dan 33 megajoule tenaga per kilogram yang dihasilkan [1].
"Kesan alam sekitar pengeluaran ACBM jangka pendek berpotensi menjadi lebih tinggi daripada daging lembu jika medium pertumbuhan yang sangat halus digunakan... Kajian ini menekankan keperluan untuk membangunkan medium pertumbuhan sel haiwan yang mampan yang dioptimumkan untuk percambahan sel haiwan berketumpatan tinggi."
– Derrick Risner et al., University of California, Davis [1]
Penyumbang utama kepada beban tenaga ini adalah medium pertumbuhan. Komponen media gred farmaseutikal memerlukan pemurnian yang meluas, yang secara dramatik meningkatkan jejak tenaga. Jenis operasi bioreaktor juga memainkan peranan.Sebagai contoh, sistem berterusan dan sistem batch suapan mempunyai profil tenaga yang berbeza, dengan bioreaktor perfusi memerlukan pertukaran media yang berterusan. Untuk menjadikan daging yang diternak lebih cekap tenaga, pengoptimuman proses ini adalah penting.
Memperbaiki Kecekapan Tenaga dalam Pengeluaran
Memperbaiki kecekapan tenaga dalam operasi bioreaktor boleh mengurangkan kos dengan ketara dan memudahkan cabaran logistik pengeluaran daging yang diternak.
Satu faktor utama adalah mencapai ketumpatan sel yang lebih tinggi. Kepekatan melebihi 1 × 10⁸ sel per mililiter membantu mengurangkan tenaga yang diperlukan bagi setiap kilogram produk. Ketumpatan yang lebih tinggi bermakna lebih sedikit larian bioreaktor dan kurang media untuk dipanaskan, dikacau, dan diproses.
Beralih daripada komponen media gred farmaseutikal kepada gred makanan atau gred makanan ternakan adalah satu lagi cara untuk mengurangkan penggunaan tenaga. Media gred farmaseutikal menjalani pemurnian yang intensif, yang meningkatkan jejak karbon.Membangunkan garis sel yang boleh bertoleransi dengan tahap sisa yang lebih tinggi akan membolehkan ketumpatan sel yang lebih besar dan pengurangan pertukaran media, mengurangkan permintaan tenaga keseluruhan.
Reka bentuk bioreaktor yang maju juga boleh memainkan peranan. Menggabungkan sistem kitar semula air sisa yang mampu memulihkan sehingga 75% media dan air yang digunakan [1] boleh mengurangkan dengan ketara tenaga yang diperlukan untuk pemprosesan bahan mentah dan pengurusan sisa. Inovasi ini adalah penting untuk menjadikan pengeluaran daging yang ditanam lebih cekap tenaga dan mampan dalam jangka masa panjang.
sbb-itb-ffee270
Logistik Rantaian Sejuk: Tenaga untuk Kawalan Suhu
Keperluan Kawalan Suhu dalam Rantaian Bekalan
Sebaik sahaja daging yang ditanam keluar dari bioreaktor, mengekalkannya pada suhu yang betul semasa penyimpanan dan pengangkutan menjadi cabaran tenaga yang ketara.Sistem penyejukan di stor sejuk, kilang daging, dan kemudahan makanan beku biasanya menggunakan antara 40–70% daripada jumlah penggunaan elektrik mereka [3].
Permintaan tenaga ini datang dari tiga kawasan utama: pemindahan haba melalui dinding, pintu, dan siling (yang menyumbang 10–25% daripada beban); udara panas masuk semasa pintu dibuka; dan penyejukan atau pembekuan awal produk [3]. Masalah ini menjadi lebih ketara apabila kemudahan tidak digunakan sepenuhnya.
Penggunaan tenaga sangat dipengaruhi oleh tetapan suhu. Sebagai contoh, menurunkan suhu hanya 1–2°C melebihi keperluan keselamatan boleh meningkatkan penggunaan tenaga sebanyak 3–6% [3]. Begitu juga, beralih dari penyimpanan sejuk (4°C) ke pembekuan mendalam (-20°C) lebih daripada dua kali ganda permintaan tenaga kemudahan [4].
Ketidakcekapan penyimpanan juga memainkan peranan.Apabila kemudahan beroperasi pada hanya 10% kapasiti berbanding penggunaan penuh, penggunaan tenaga khusus boleh meningkat sebanyak 87% [4]. Ini berlaku kerana kehilangan haba tetap kekal malar, tetapi terdapat kurang jisim produk untuk menyerap penyejukan. Bagi syarikat daging yang diternak, yang sering menghadapi turun naik dalam jumlah pengeluaran, ini mencipta tindakan seimbang yang sukar. Menguruskan kawalan suhu dengan berkesan adalah kritikal untuk memastikan pengedaran yang cekap tenaga.
Penyelesaian untuk Kecekapan Tenaga Rantaian Sejuk
Mempertimbangkan permintaan tenaga yang tinggi untuk kawalan suhu, beberapa langkah praktikal boleh membantu meningkatkan kecekapan dalam logistik rantaian sejuk.
- Mengurangkan kehilangan penyusupan: Memasang pintu gulung cepat dan langsir udara boleh meminimumkan pembaziran tenaga yang disebabkan oleh udara panas yang masuk semasa pintu dibuka. Sebagai contoh, sebuah kilang ayam di Utara Sepanyol melabur €1.4 juta pada tahun 2023 untuk menaik taraf sistemnya, mengurangkan penggunaan elektrik sebanyak 26% (bersamaan dengan 2.1 GWh setiap tahun) dengan tempoh pulangan modal selama 4.8 tahun [3].
- Penebat maju: Teknologi seperti panel penebat vakum dan bahan perubahan fasa boleh mengurangkan penggunaan tenaga sebanyak 25–86% merentasi pelbagai mod pengangkutan [5]. Penyelesaian ini menstabilkan suhu semasa transit, mengurangkan beban kerja pada sistem penyejukan dan mencegah kehilangan kualiti semasa perubahan suhu.
- Sistem nyahbeku pintar: Pemantauan IoT masa nyata, digabungkan dengan teknologi nyahbeku berdasarkan permintaan, boleh mengurangkan penggunaan tenaga nyahbeku sebanyak 20–40%. Sistem ini juga membantu mengenal pasti ketidakcekapan dengan cepat [3]. Mengintegrasikan ini dengan sistem data maju membolehkan pemantauan berterusan dan pengoptimuman tenaga jangka panjang.
Untuk kemudahan yang bertujuan untuk meningkatkan prestasi mereka, penyimpanan beku terbaik biasanya beroperasi pada 25–35 kWh/m³ setiap tahun, manakala kemudahan purata menggunakan 50–80 kWh/m³ [3]. Menjembatani jurang ini memerlukan gabungan penebat yang lebih baik, penggunaan penyimpanan yang dipertingkatkan, dan sensor proses untuk kawalan penyejukan.
Menggunakan Tenaga Boleh Diperbaharui dalam Logistik
Memasang Sistem Tenaga Boleh Diperbaharui di Tapak
Menukar fokus daripada meningkatkan kecekapan tenaga kepada memikirkan semula sumber tenaga boleh mengurangkan jejak karbon pengeluaran daging yang ditanam dengan ketara.
Pilihan sumber tenaga memainkan peranan besar dalam kesan alam sekitar daging yang ditanam. Sebagai contoh, menggunakan tenaga boleh diperbaharui boleh mengurangkan pelepasan kepada sekitar 2 kg CO₂-eq per kilogram daging - satu perbezaan ketara berbanding 80–100 kg CO₂-eq per kilogram untuk daging lembu konvensional.Sebaliknya, bergantung kepada bahan api fosil meningkatkan pelepasan kepada kira-kira 25 kg CO₂-eq per kilogramme [6].
"Jika tenaga boleh diperbaharui digunakan, pelepasan boleh menjadi kira-kira 2 kg CO₂‑eq/kg daging yang ditanam." – Project Drawdown [6]
Penyelesaian di tapak seperti panel solar dan turbin angin boleh membantu mendekarbonkan operasi secara langsung. Walau bagaimanapun, sumber tenaga ini datang dengan cabaran, terutamanya output yang berubah-ubah, yang boleh mengganggu kemudahan yang memerlukan kuasa berterusan. Reka bentuk kemudahan modular menawarkan penyelesaian yang bijak. Daripada bergantung kepada satu bioreaktor besar, syarikat boleh menggunakan beberapa unit yang lebih kecil untuk menyesuaikan permintaan tenaga dengan ketersediaan kuasa boleh diperbaharui. Contoh hebat pendekatan ini ialah Gourmey . yang berpusat di Paris.Pada Mei 2025, mereka memasang enam bioreaktor 5,000 liter di kemudahan bernilai €35 juta mereka, mencapai 90% daripada kesan skala sambil mengekalkan kerumitan operasi dan risiko terkawal. Susunan mereka direka untuk menghasilkan daging ternakan pada kos di bawah €10/kg [7]. Teknologi solar maju, seperti panel bifasial yang menangkap cahaya matahari di kedua-dua belah, juga boleh meningkatkan penjanaan kuasa di tapak [6].
Namun, sifat tidak menentu tenaga boleh diperbaharui di tapak bermakna kemudahan sering memerlukan sokongan daripada penyelesaian grid untuk mengekalkan kebolehpercayaan.
Dekarbonisasi Grid dan Perjanjian Pembelian Kuasa
Untuk melengkapkan sistem di tapak, mendapatkan tenaga boleh diperbaharui dari grid adalah penting untuk operasi yang lancar.
Walaupun tenaga boleh diperbaharui di tapak menyediakan asas yang kukuh, kebanyakan kemudahan masih bergantung pada elektrik grid untuk memastikan kuasa tidak terganggu.Perjanjian Pembelian Tenaga (PPA) adalah cara praktikal untuk mendapatkan tenaga bersih dan boleh diperbaharui dari grid. Kontrak jangka panjang ini bukan sahaja menyediakan bekalan tenaga yang stabil tetapi juga melindungi daripada harga tenaga yang berubah-ubah [6]. Dengan mendapatkan tenaga boleh diperbaharui untuk kemudahan mereka, pengeluar daging yang ditanam dapat mengurangkan jejak karbon mereka sebanyak kira-kira 70%. Memperluaskan penggunaan tenaga boleh diperbaharui ke seluruh rantaian bekalan boleh mengurangkan pelepasan kepada serendah 2.8 kg CO₂-eq per kilogramme [8].
"Sama seperti kereta elektrik lebih bersih apabila elektrik diperoleh dari grid tenaga yang lebih hijau, daging yang ditanam paling lestari dihasilkan dengan tenaga boleh diperbaharui." – Elliot Swartz, PhD, Senior Principal Scientist, GFI [8]
Memfokuskan kepada tenaga boleh diperbaharui untuk operasi di tapak (emisi Skop 1 dan 2) seharusnya menjadi keutamaan utama, kerana ia memberikan pengurangan emisi yang segera. Apabila merundingkan PPA, adalah penting untuk mempertimbangkan trend dekarbonisasi grid masa depan untuk memastikan kontrak selaras dengan matlamat alam sekitar jangka panjang [10]. Selain itu, bekerjasama dengan pembekal media untuk memastikan tenaga boleh diperbaharui digunakan untuk pengeluaran input boleh memperkuatkan kesan positif di seluruh rantaian bekalan [10].
Memperbaiki Perolehan untuk Mengurangkan Pembaziran Tenaga
Masalah dalam Sumber Peralatan Daging Ternakan
Mencari peralatan yang tepat untuk pengeluaran daging ternakan boleh menjadi cabaran yang lebih besar daripada yang disedari oleh ramai orang, dan ia sering mempunyai kesan langsung terhadap penggunaan tenaga.Platform bekalan makmal serbaguna tidak memenuhi keperluan khusus pengeluar daging yang diternak. Ketidakpadanan ini boleh menyebabkan syarikat menggunakan peralatan yang tidak direka untuk proses mereka - seperti bioreaktor yang tidak sesuai untuk kultur sel berterusan atau sensor yang kurang tepat. Hasilnya? Banyak tenaga terbuang. Sebagai contoh, bioreaktor generik dan sistem pengadukan mungkin memerlukan 20–50% lebih tenaga untuk penyejukan, pengudaraan, dan pencampuran, semata-mata kerana reka bentuk mereka tidak selaras dengan keperluan mengekalkan kultur 37°C [11][12][13].
Masalah ini tidak berhenti di situ. Rangkaian pembekal yang terpecah-pecah memburukkan keadaan dengan menyebabkan kelewatan dan mendorong syarikat untuk menerima alternatif yang kurang cekap dan menghabiskan tenaga.Ambil logistik rantaian sejuk, sebagai contoh: menggunakan sensor generik boleh menyebabkan penyejukan berlebihan, yang membazirkan 10–15% daripada jumlah tenaga yang digunakan dalam logistik [12][13]. Secara keseluruhan, sumber yang tidak cekap bukan sahaja meningkatkan penggunaan tenaga tetapi juga menghalang potensi untuk mengurangkan pelepasan sebanyak 92% apabila sistem yang dioptimumkan digunakan [11][13].
Platform Pakar untuk Perolehan Cekap Tenaga
Untuk menangani cabaran ini, syarikat memerlukan penyelesaian perolehan yang lebih bijak yang mengutamakan kecekapan tenaga pada setiap peringkat pengeluaran. Platform pakar telah mula mengisi jurang ini dengan menghubungkan perniagaan dengan pembekal yang benar-benar memahami permintaan unik pengeluaran daging yang ditanam. Satu contoh yang menonjol ialah
Skala Pengeluaran: Pertimbangan Tenaga
Kos Tenaga pada Skala Komersial
Apabila pengeluaran daging yang diternak bergerak dari projek perintis ke operasi komersial berskala penuh, kecekapan tenaga menjadi fokus utama dalam mencapai sasaran kelestarian. Meningkatkan skala pengeluaran secara signifikan meningkatkan permintaan tenaga, terutamanya dengan penggunaan bioreaktor tangki kacau besar yang mempunyai kapasiti melebihi 20,000 liter [14]. Cabaran utama terletak pada mengekalkan keadaan pertumbuhan yang optimum apabila skala meningkat.
Satu tugas utama yang memerlukan tenaga yang tinggi melibatkan pengurusan tahap CO₂ terlarut (dCO₂) dalam bioreaktor besar ini. Dalam fermentor keluli tahan karat komersial, tekanan hidrostatik melebihi 1.0 bar boleh menyebabkan kepekatan dCO₂ meningkat secara mendadak, sering mencapai tahap antara 75 dan 225 mg/L. Untuk memberikan perspektif, tahap oksigen terlarut biasanya kekal di bawah 8.0 mg/L [2]. Tahap dCO₂ yang tinggi bukan sahaja menggunakan lebih banyak tenaga tetapi juga menghalang pertumbuhan sel dan mengurangkan kualiti produk. Penyelidikan mengenai sel CHO telah menunjukkan bahawa kawalan pCO₂ dan pH yang tidak mencukupi boleh mengehadkan kadar pertumbuhan kepada hanya 35–45% daripada potensi maksimum mereka [2].
Peralihan kepada keadaan aseptik gred makanan memperkenalkan cabaran tambahan.Muhammad Arshad Chaudhry, seorang perunding biopembuatan, menekankan kepentingan menangani isu-isu ini:
"Dalam bioreaktor berskala besar, [tahap pCO₂ tinggi] boleh berlaku akibat tekanan tinggi dan keadaan pencampuran yang lemah. Oleh itu, kajian peningkatan skala yang teliti harus menganalisis pengaruh pCO₂ untuk memastikan prestasi yang setanding antara skala besar dan makmal" [2].
Mengatasi halangan berkaitan tenaga ini memerlukan reka bentuk bioreaktor yang maju dan penyesuaian proses yang teliti.
Kemajuan Teknikal untuk Kecekapan Penskalaan
Untuk menangani cabaran tenaga dalam pengeluaran berskala besar, teknologi bioreaktor baru sedang dibangunkan. Reka bentuk seperti reaktor angkat udara dan bioreaktor serat berongga mendapat perhatian kerana keupayaannya untuk meningkatkan pemindahan jisim dan mengurangkan penggunaan tenaga berbanding tangki kacau konvensional [14]. Fokus adalah pada mengoptimumkan antara muka gelembung-ke-cecair dan meningkatkan pekali pemindahan jisim CO₂, kerana kaedah pertukaran ruang kepala tradisional menjadi kurang berkesan pada skala yang lebih besar. Selain itu, syarikat-syarikat sedang mengguna pakai sistem bioproses yang dikawal AI yang secara dinamik menguruskan tahap pH, oksigen, dan tekanan ricih untuk menyokong pertumbuhan sel berketumpatan tinggi [9] .
Kemajuan dalam pembangunan garis sel juga memainkan peranan penting. Penyelidik memberi keutamaan kepada garis sel yang disesuaikan dengan penggantungan yang boleh berkembang dalam persekitaran berskala besar tanpa keperluan tenaga tinggi daripada kultur yang melekat [14]. Menggunakan garis sel yang diabadikan secara spontan, seperti fibroblas ayam, membolehkan pengeluaran bebas serum, hasil tinggi yang kekal stabil pada skala.Sementara itu, inovasi dalam pembuatan scaffold, termasuk penggunaan hasil sampingan industri makanan untuk mencipta mikrocarrier gred makanan, membantu mengurangkan kos tenaga dan bahan [14].
Platform seperti
Kesimpulan
Daging yang ditanam mempunyai potensi untuk mengurangkan penggunaan tanah dan pelepasan dengan ketara, tetapi ia datang dengan cabaran untuk meningkatkan skala daging yang ditanam dan pengeluarannya yang memerlukan banyak tenaga. Untuk benar-benar memenuhi janjinya, industri mesti mengatasi sistem tradisional, walaupun yang sudah melaksanakan langkah-langkah yang mengurangkan pelepasan sehingga 30%.
Mencapai ini memerlukan gabungan strategi: reka bentuk bioreaktor yang lebih baik, mengintegrasikan tenaga boleh diperbaharui di lokasi, dan memanfaatkan Perjanjian Pembelian Tenaga (PPA) yang kukuh untuk mengurangkan jejak karbon apabila pengeluaran meningkat menjelang 2030. Kemajuan ini perlu seiring dengan sumber yang lebih bijak dan penyelesaian tenaga boleh diperbaharui untuk memaksimumkan manfaat alam sekitar daging yang ditanam.
Platform seperti
Sistem makanan bertanggungjawab untuk satu pertiga daripada pelepasan yang didorong oleh manusia, dan beralih kepada daging yang ditanam adalah kritikal untuk memberi makan kepada 10 bilion orang yang dijangka menjelang 2050 dengan cara yang lestari. Menangani kecekapan bioreaktor, logistik rantaian sejuk, dan penyelesaian sumber yang lebih bijak seperti
Soalan Lazim
Langkah mana dalam logistik daging yang ditanam menggunakan tenaga paling banyak?
Menjaga rantaian sejuk semasa pengangkutan dan penyimpanan adalah salah satu aspek logistik daging yang ditanam yang paling memerlukan tenaga. Ini melibatkan mengekalkan produk pada suhu yang tetap dan terkawal serta menggunakan sistem pemantauan masa nyata untuk memastikan keselamatan dan mengelakkan pencemaran.
Bagaimana sasaran suhu rantaian sejuk boleh ditetapkan tanpa membazirkan tenaga?
Untuk menguruskan sasaran suhu rantaian sejuk dengan berkesan, adalah penting untuk menggunakan sistem pemantauan yang tepat yang mengimbangi penggunaan tenaga dengan piawaian pematuhan yang ketat. Pemantauan IoT masa nyata membantu menjejaki turun naik suhu dan membolehkan pelarasan segera, mengurangkan pembaziran. Teknologi seperti bahan perubahan fasa (PCMs) dan panel bertebat vakum (VIPs) juga boleh meningkatkan kecekapan tenaga dengan ketara. Sebagai contoh, menetapkan sasaran khusus - seperti mengekalkan 0–4°C untuk daging yang ditanam - memastikan keadaan ideal sambil mengelakkan penggunaan tenaga yang tidak perlu.
Apa yang perlu dipertimbangkan oleh pembeli untuk mengelakkan peralatan dan sensor yang tidak cekap tenaga?
Pembeli harus memberi tumpuan kepada peralatan dan sensor yang menawarkan pemantauan masa nyata, kalibrasi tepat, pematuhan dengan piawaian keselamatan, dan ciri-ciri cekap tenaga. Faktor-faktor ini bukan sahaja meningkatkan penggunaan tenaga tetapi juga mengekalkan prestasi yang boleh dipercayai dan pematuhan peraturan.
