培养肉的生产具有巨大潜力，但面临关键的能源挑战。 从生物反应器的高能耗到分销过程中的冷藏维护，这些障碍可能会削弱其优势。为了使培养肉可行，行业必须解决能源效率问题并转向可再生能源。
关键点：
- 生物反应器： 维持无菌、受控的条件需要大量能源。这涉及 为培养肉生物反应器选择传感器，这些传感器在监测温度和pH值时不会消耗过多电力。生长介质和大规模操作进一步增加了消耗。
- 冷藏： 制冷系统消耗设施电力的40-70%。效率低下，例如存储利用不足，会加剧问题。
- 可再生能源： 现场太阳能和风能系统，以及电力购买协议（PPA），可以大幅减少排放。
-
采购问题： 使用通用设备会增加能耗。像
Cellbase 这样的专业平台提供定制的节能解决方案。 - 规模化： 大型生物反应器带来了能源密集型挑战，如管理CO₂水平和优化混合。
解决方案包括提高生物反应器效率、采用智能冷链物流和采购可再生能源。解决这些问题是减少排放并使培养肉成为养活不断增长人口的可行选择的关键。
培养肉生产与传统牛肉生产的能耗和排放
培养肉生产中的能量需求
生物反应器操作中的能耗
生物反应器是培养肉生产的核心，但它们伴随着高昂的能耗。维持理想条件——约37°C、控制的pH值和精确的氧气浓度——需要持续的能量供应。除此之外，该过程还需要严格的药品级无菌环境以防止污染和病毒风险, 这进一步增加了能耗。
这些能量需求在大型生物反应器中尤为明显，如搅拌罐和气升系统，其容量范围从41,000到262,000升。根据早期生命周期评估，生产培养肉每公斤可能消耗26到33兆焦耳的能量 [1].
“如果使用高度精炼的生长培养基，近期ACBM生产的环境影响可能显著高于牛肉……这项研究强调了开发可持续的动物细胞生长培养基的必要性，该培养基需针对高密度动物细胞增殖进行优化。”
– Derrick Risner 等人，加州大学戴维斯分校 [1]
这种能量负荷的主要贡献者是生长培养基。药品级培养基成分需要广泛的纯化，这大大增加了能量足迹。生物反应器操作的类型也起到了一定作用。例如，连续和分批系统具有不同的能量特征，灌流生物反应器需要不断进行培养基交换。为了使培养肉更节能，优化这些过程是必不可少的。
提高生产中的能源效率
提高生物反应器操作的能源效率可以显著降低成本，并缓解培养肉生产的物流挑战。
一个关键因素是实现更高的细胞密度。浓度超过1 × 10⁸ 个细胞每毫升有助于减少每公斤产品所需的能量。更高的密度意味着更少的生物反应器运行和更少的培养基需要加热、搅拌和处理。
从药品级切换到食品或饲料级培养基成分是减少能耗的另一种方法。药品级培养基经过严格的纯化过程，这增加了碳足迹。开发能够耐受更高废物水平的细胞系将允许更高的细胞密度和更低的培养基更换率，从而减少整体能源需求。
先进的生物反应器设计也可以发挥作用。结合能够回收高达75%使用过的培养基和水 [1]的废水回收系统，可以显著减少原材料加工和废物管理所需的能源。这些创新对于使培养肉生产在长期内更节能和可持续至关重要。
sbb-itb-ffee270
冷链物流：温度控制的能源需求
供应链中的温度控制要求
一旦培养肉离开生物反应器，在储存和运输过程中保持适当的温度成为一个重要的能源挑战。冷库、肉类加工厂和冷冻食品设施中的制冷系统通常消耗其总电力使用量的40-70% [3].
这种能源需求主要来自三个方面：通过墙壁、门和天花板的热传递（占负荷的10-25%）；门打开时进入的暖空气；以及产品的初始冷却或冷冻 [3]. 当设施未充分利用时，这些问题变得更加明显。
能源使用受温度设置的影响很大。例如，仅将温度降低1-2°C超过安全要求，就可能使能耗增加3-6% [3]. 同样，从冷藏（4°C）切换到深冷冻（-20°C）会使设施的能源需求增加一倍以上 [4].
存储效率低下也起到了一定作用。当设施仅以10%的产能而非满负荷运转时，单位能耗可能会上升87%[4]. 这是因为固定的热损失保持不变，但吸收冷却的产品质量减少了。对于经常面临生产量波动的培养肉公司来说，这造成了一个艰难的平衡。有效管理温度控制对于确保能源高效分配至关重要。
冷链能源效率解决方案
考虑到温度控制的高能耗，几项实用措施可以帮助提高冷链物流的效率。
- 减少渗透损失: 安装快速卷帘门和空气幕可以显著减少因开门时暖空气进入而造成的能源浪费。例如，西班牙北部的一家家禽厂投资了€1。2023年投入400万升级系统，将电力使用减少26%（相当于每年2.1 GWh），回收期为4.8年 [3].
- 先进隔热技术: 真空隔热板和相变材料等技术可以在不同运输模式下降低25–86%的能耗 [5]. 这些解决方案在运输过程中稳定温度，减少制冷系统的工作负荷，并防止温度变化期间的质量损失。
- 智能除霜系统: 实时物联网监控结合基于需求的除霜技术，可以减少20–40%的除霜能耗。这些系统还可以快速识别低效问题 [3]. 将这些与先进数据系统集成，能够实现持续监控和长期能效优化。
对于希望提高性能的设施来说，最佳的冷冻储存通常每年运行在25–35 kWh/m³，而普通设施消耗50–80 kWh/m³ [3]. 弥合这一差距需要更好的隔热、改进的储存利用率和用于制冷控制的过程传感器。
在物流中使用可再生能源
安装现场可再生能源系统
将重点从提高能源效率转向重新思考能源来源，可以显著减少培养肉生产的碳足迹。
能源来源的选择在培养肉的环境影响中起着重要作用。例如，使用可再生能源可以将排放量减少到约每公斤肉2 kg CO₂-eq - 与传统牛肉每公斤80–100 kg CO₂-eq形成鲜明对比。另一方面，依赖化石燃料会使排放量增加到每公斤约25千克CO₂-eq。 [6].
“如果使用可再生能源，排放量可能约为每公斤培育肉2千克CO₂-eq。” – Project Drawdown [6]
现场解决方案如太阳能电池板和风力涡轮机可以直接帮助去碳化运营。然而，这些能源来源存在挑战，特别是其输出的可变性，可能会干扰需要持续供电的设施。模块化设施设计提供了一个巧妙的解决方案。公司可以使用几个较小的单元来根据可再生能源的可用性匹配能源需求，而不是依赖一个大型生物反应器。这种方法的一个很好的例子是总部位于巴黎的Gourmey . 在2025年5月，他们在其价值3500万欧元的设施中安装了六个5000升的生物反应器，实现了90%的规模效应，同时控制了运营复杂性和风险。他们的设置旨在以低于10欧元/公斤的成本生产培养肉。[7]. 先进的太阳能技术，如双面板，可以从两侧捕捉阳光，也可以提高现场发电量。[6].
然而，现场可再生能源的不确定性意味着设施通常需要电网解决方案的备份以保持可靠性。
电网脱碳和电力购买协议
为了补充现场系统，从电网获取可再生能源对于无缝运营至关重要。
虽然现场可再生能源提供了坚实的基础，但大多数设施仍依赖电网电力以确保不间断供电。电力购买协议（PPA）是从电网获取清洁、可再生能源的实用方式。这些长期合同不仅提供稳定的能源供应，还能防止能源价格波动[6]. 通过为其设施采购可再生能源，培养肉生产商可以将其碳足迹减少约70%。在整个供应链中扩展可再生能源的使用可以将排放量降低到每公斤2.8千克CO₂-eq [8].
“正如电动汽车在电力来自更环保的电网时更清洁一样，培养肉在使用可再生能源时是最可持续生产的。" – Elliot Swartz, PhD, 高级首席科学家, GFI [8]
专注于现场运营的可再生能源（范围1和2的排放）应是首要任务，因为它能立即减少排放。在谈判PPA时，考虑未来电网脱碳趋势以确保合同符合长期环境目标是至关重要的[10]. 此外，与媒体供应商合作以确保在生产投入中使用可再生能源，可以在整个供应链中放大积极影响 [10].
改善采购以减少能源浪费
培养肉设备采购中的问题
找到合适的培养肉生产设备可能比许多人意识到的更具挑战性，并且通常会直接影响能源消耗。通用实验室供应平台无法满足培养肉生产商的特定需求。这种不匹配可能导致公司使用不适合其工艺的设备——例如不适合连续细胞培养的生物反应器或缺乏精度的传感器。结果呢？大量的能源浪费。例如，通用生物反应器和搅拌系统可能需要多20-50%的能量用于冷却、通气和混合，仅仅因为它们的设计不符合维持37°C培养物的要求 [11][12][13].
问题不止于此。分散的供应商网络使情况更糟，导致延误并迫使公司选择效率较低、耗能较大的替代方案。以冷链物流为例：使用通用传感器可能导致过度冷却，从而浪费物流中使用的总能量的10-15% [12][13]. 总的来说，低效的采购不仅增加了能源消耗，还阻碍了通过优化系统减少多达92%排放的潜力 [11][13].
能源高效采购的专业平台
为了解决这些挑战，公司需要更智能的采购解决方案，在生产的每个阶段都优先考虑能源效率。专业平台已经开始填补这一空白，将企业与真正了解培养肉生产独特需求的供应商连接起来。一个突出的例子是
扩大生产：能源考虑
商业规模的能源成本
随着培养肉生产从试点项目转向全面商业运营，能源效率成为实现可持续发展目标的关键焦点。扩大生产显著增加了能源需求，特别是使用容量超过20,000升的大型搅拌罐生物反应器时。[14]. 主要挑战在于随着规模的增加，保持最佳的生长条件。
一个主要的高能耗任务是管理这些大型生物反应器中的溶解CO₂（dCO₂）水平。在商业不锈钢发酵罐中，超过1.0巴的静水压力会导致dCO₂浓度急剧上升，通常达到75到225 mg/L之间。为了更好地理解这一点，溶解氧水平通常保持在8.0 mg/L以下[2]. 高dCO₂水平不仅消耗更多的能量，还会阻碍细胞生长并降低产品质量。对CHO细胞的研究表明，pCO₂和pH控制不足会将生长速率限制在其最大潜力的35-45%[2].
向食品级无菌条件的过渡带来了额外的挑战。穆罕默德·阿尔沙德·乔杜里，一位生物制造顾问，强调了解决这些问题的重要性：
“在大型生物反应器中，[高 pCO₂] 水平可能由于高压和不良的混合条件而产生。因此，彻底的放大研究应分析 pCO₂ 的影响，以确保大型和实验室规模之间的性能可比性”[2].
克服这些与能源相关的障碍需要先进的生物反应器设计和仔细的工艺调整。
提高规模效率的技术进步
为了解决大规模生产的能源挑战，正在开发新的生物反应器技术。诸如气升式反应器和中空纤维生物反应器等设计因其在改善传质和减少能耗方面的能力而受到关注，相较于传统的搅拌罐[14]. 重点在于优化气泡与液体的界面，并提高CO₂传质系数，因为传统的顶空交换方法在更大规模时效果不佳。此外，公司正在采用AI控制的生物过程系统，动态管理pH值、氧气水平和剪切应力，以支持高密度细胞生长[9] .
细胞系开发的进展也起着至关重要的作用。研究人员优先考虑适应悬浮的细胞系，这些细胞系可以在大规模环境中茁壮成长，而不需要贴壁培养的高能量需求[14]. 使用自发永生化的细胞系，如鸡成纤维细胞，可以实现无血清、高产量的生产，并在规模上保持稳定。同时，支架制造的创新，包括使用食品工业的副产品来创建食品级微载体，正在帮助降低能源和材料成本[14].
像
结论
培养肉有可能显著减少土地使用和排放，但它面临着扩大培养肉规模及其高能耗生产的挑战。为了真正兑现其承诺，该行业必须优于传统系统，即使那些已经实施措施将排放量减少多达30%的系统。
实现这一目标需要多种策略的结合：更好的生物反应器设计、整合现场可再生能源，以及利用强大的电力购买协议（PPAs）来降低碳足迹，随着生产规模扩大到2030年。这些进步需要与更智能的采购和可再生能源解决方案齐头并进，以最大化培养肉的环境效益。
像
食品系统占人类驱动排放的三分之一，转向培养肉对于以可持续的方式养活到2050年预计的100亿人口至关重要。解决生物反应器效率、冷链物流和更智能的采购解决方案（如
常见问题
培养肉物流的哪些步骤使用的能源最多？
在运输和储存过程中维持冷链是培养肉物流中最耗能的方面之一。这涉及将产品保持在恒定、受控的温度下，并使用实时监控系统以确保安全并避免污染。
如何在不浪费能源的情况下设定冷链温度目标？
为了有效管理冷链温度目标，使用精确的监控系统以平衡能源使用和严格的合规标准是至关重要的。实时物联网监控有助于跟踪温度波动，并允许立即调整，从而减少浪费。像相变材料（PCMs）和真空绝热板（VIPs）这样的技术也可以显著提高能源效率。例如，设定特定目标——如保持培养肉在0–4°C——确保理想条件，同时避免不必要的能源使用。
买家应考虑哪些因素以避免能源低效的设备和传感器？
买家应关注提供实时监控, 精确校准、符合安全标准和具有节能特性的设备和传感器。这些因素不仅改善了能源使用，还保持了可靠的性能和法规遵从性。
