آیا روغن پالم مصنوعی می‌تواند به نجات جنگل‌های استوایی کمک کند؟

تام جفریس و تام کِلهر، در دهه‌ی ۱۹۷۰ حین مطالعه روی میکروب‌های مفید برای صنعت در دانشگاه راتگرز با همدیگر آشنا شدند. جفریس اجرای برنامه ژنومیک مخمر را در وزارت کشاورزی ایالات متحده برعهده گرفت. کلهر چندین دهه را در صنعت زیست‌پزشکی گذارند و با مواد زیستی مانند انسولین کار کرد که در مخازن بزرگ تخمیر توسط میکروب‌هایی تولید می‌شد که از‌ نظر ژنتیکی اصلاح شده بودند.

جفریس و کلهر در سال ۲۰۰۷، برای ایجاد شرکتی با حمایت مالی بنیادی ملی علوم با هم متحد شدند. هدف این استارتاپ که زایلوم (Xylome) نام دارد و در ویسکانسین مستقر است، پیدا کردن روش‌های بهتر برای تولید سوخت کم‌کربن از‌ طریق تغذیه‌ی ضایعات کشاورزی به مخمر بود. با‌‌ این‌‌ حال، جفریس و کلهر به‌طور اتفاقی، چند سال بعد تلاش‌های خود را به سمت یک مشکل زیست‌محیطی جهانی سوق دادند: روغن پالم.

روغن پالم ارزان‌ترین و پرمصرف‌ترین روغن گیاهی جهان محسوب می‌شود که تولید آن از عوامل اصلی جنگل‌زدایی و کاهش تنوع زیستی در مناطق استوایی است. این مورد و مشکلات دیگر صنعت روغن پالم مانند استثمار نیروی کار، سال‌ها است موجب علاقه به کشف گزینه‌های پایدارتر شده است.

اما دستیابی به جایگزین‌های خوب برای روغن پالم دشوار است. روغن‌های گیاهی دیگر نیز دارای معایبی مشابه با روغن پالم هستند و شیوه‌های جنگل‌داری پایدار همیشه در رویارویی با افزایش تقاضا کارآمد نیستند.

امروزه، جهان سالانه نزدیک به ۷۰ میلیون تن روغن پالم مصرف می‌کند که در محصولات متنوعی از خمیردندان و شیر جو دوسر گرفته تا بیودیزل و مواد شوینده استفاده می‌شود. پیش‌بینی می‌شود که تقاضا برای روغن پالم تا سال ۲۰۵۰ بیش از دو برابر شود.

اما با پیشرفت‌های مهندسی زیستی و افزایش نگرانی در‌ مورد پایداری، شرکت‌هایی مانند زایلوم روغن‌های میکروبی را تولید کرده‌اند که به‌گفته‌ی آن‌ها می‌تواند جایگزینی برای روغن پالم باشد و در‌ عین‌‌ حال از مخرب‌ترین آثار آن جلوگیری کند.

این شرکت‌ها به شرکت‌های زیست‌شناسی مصنوعی دیگری می‌پیوندند (از سرمایه‌گذاری مخاطره‌آمیز روی سوخت‌های زیستی و کودهای جدید تا گوشت تولیدشده در آزمایشگاه) که آرزوی حل مشکلات زیست‌محیطی را دارند، اما با چالش‌های مشابهی در‌ زمینه‌ی افزایش مقیاس تولید و نشان دادن پایدارتر بودن رویکردشان نسبت‌ به محصولات سنتی، رو‌به‌رو هستند.

سال گذشته، استارتاپی به نام C16 Biosciences آزمایشگاه جدیدی را در منهتن افتتاح کرد تا جایگزین میکروبی روغن نخل را تولید کند. این کار با حمایت مالی صندوق سرمایه‌گذاری راه‌حل‌های اقلیمی بیل گیتس انجام می‌شود. استارتاپ Kiverdi در کانادا نیز در‌ حال کار برای تولید روغن مخمر با استفاده از کربن گرفته‌شده از اتمسفر است. گروهی از مهندسان زیستی نیز در دانشگاه باث در‌ حال کار برای افزایش مقیاس تولید سویه‌ی مخمر روغنی خود هستند.

زایلوم اخیراً اولین نمونه‌های جایگزین روغن پالم خود را که یویل (Yoil) نام دارد، به‌‌ منظور بررسی برای تعدادی از تأمین‌کنندگان بزرگ روغن پالم و سازمان غذا و دارو ارسال کرده است.

اگرچه چالش‌های بزرگی برای افزایش تولید با هزینه‌ای که بتواند با روغن پالم کشت‌شده رقابت کند، وجود دارد و نیز سؤالاتی در ‌این‌باره وجود دارد که چگونه صنعت نوظهور بیوتکنولوژی در شمال جهانی بر معیشت مبتنی‌‌ بر روغن پالم در جنوب جهانی اثر می‌گذارد، این روغن‌های میکروبی می‌توانند به مهار رشد بی‌امان روغن پالم که مناطق غنی از تنوع زیستی را در مناطق گرمسیری جهان تهدید می‌کند، کمک کنند.

کلهر، مدیرعامل کنونی زایلوم گفت اگر روغن‌های مخمر بتوانند به قیمت پایینی برسند که با درختان رقابت کنند، تفاوت بزرگی از‌ نظر منبعی که روغن پالم از آن خواهد آمد، ایجاد خواهد شد.

سویه‌ی اختصاصی مخمر مورد استفاده شرکت زایلوم از گونه Lipomyces starkeyi ایجاد شده است. این سویه‌ی تغییریافته از‌‌ نظر ژنتیکی که از شربت ذرت تغذیه می‌شود، روغن زیادی تولید می‌کند.

در سال ۲۰۱۳، جفریس که اکنون رئیس زایلوم است، متوجه شد که روغن حاصل از سویه‌ی مذکور شبیه روغن پالم است که به‌خاطر ترکیب متمایز چربی‌های اشباع و غیراشباع ارزشمند تلقی می‌شود. این ترکیب در دمای اتاق جامد و در دمای بدن مایع است. بنابراین، برای پوشش‌های شکلاتی، صابون‌ها و لوازم آرایشی عالی است. قسمت‌های دیگر روغن پالم خصوصاً در کشورهایی مانند چین، هند و اندونزی به‌عنوان سوخت، حلال، روان‌کننده و در بسیاری از محصولات دیگر استفاده می‌شود.

اگرچه تولید روغن پالم مسئول کمتر از یک درصد از جنگل‌زدایی در سطح جهان است، طبق گزارش سال ۲۰۱۸ اتحادیه بین‌المللی حفاظت طبیعت، یکی از دلایل اصلی جنگل‌زدایی در مناطق استوایی است. برای مثال در بورنئو، کشت نخل روغنی، علت بیش از نیمی از کل جنگل‌زدایی طی دو دهه‌ی گذشته بوده است.

تقاضای آینده می‌تواند به جنگل‌زدایی بیشتر منجر شود. گزارش اتحادیه بین‌المللی حفاظت طبیعت نشان داده است که بیش از یک میلیون مایل مربع از مناطق دارای تنوع زیستی بالا می‌تواند توسط کشت نخل‌های روغنی مورد تهدید قرار گیرد و این امر به‌طور بالقوه بیش از ۴۰ درصد از کل گونه‌های تهدیدشده‌ی پرندگان، پستانداران و دوزیستان را تحت‌تأثیر قرار خواهد داد.

جنگل‌زدایی همچنین باعث انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌شود، زیرا خاک غنی از کربن کف جنگل‌های دست‌نخورده تخریب می‌شود و درختان نیز برای پاک‌سازی زمین به‌‌ منظور کشت درختان نخل روغنی سوزانده می‌شوند.

با در‌ نظر گرفتن این تأثیرات، تأمین‌کنندگان (که از‌ طریق سازمان‌هایی مانند میزگرد روغن نخل پایدار (RSPO) کار می‌کنند که از سال ۲۰۰۷ به زنجیره‌های تأمین روغن پالم گواهی می‌دهد)، به‌دنبال راه‌هایی برای افزایش نظارت بر تولید روغن پالم به‌‌ منظور اطمینان از عدم کشت محصول روی زمین‌های دارای تنوع زیستی بالا یا غنی از کربن بوده‌اند.

جانیس لی، دانشمند علوم زیست‌محیطی که در دانشگاه صنعتی نانیانگ سنگاپور به مطالعه روغن پالم مشغول است، گفت در‌ حالی‌که تعداد رو به افزایشی از پرورش‌دهندگان روغن نخل گواهی را دریافت می‌کنند، این رویکرد محدودیت‌هایی دارد. برای مثال، صدور گواهینامه به تولیدکنندگان خرده‌پا که در برخی مناطق در مجموع بیشتر تولید را بر‌ عهده دارند، می‌تواند دشوار باشد. او گفت: «صدور گواهینامه راه‌حل جادویی نیست.»

حدود ۲۰ درصد از تولیدکنندگان روغن پالم گواهینامه‌ی RSPO را دریافت کرده‌اند.

گروهی از پژوهشگران دانشگاه باث و دانشگاه یورک در تلاش هستند تا جایگزین مخمری روغن پالم را در مقیاس صنعتی تولید کنند

اما پیدا کردن جایگزینی برای روغن پالم چالش‌برانگیز است. روغن‌های گرمسیری دیگر (مانند روغن نارگیل) عملکرد پایین‌تری نسبت‌‌ به روغن پالم دارند و حتی اگر در مقیاس برابری کشت شوند، تأثیر منفی بیشتری خواهند داشت.

سایر روغن‌های غیرگرمسیری مانند روغن سویا یا روغن ذرت را می‌توان خارج از مناطق استوایی دارای تنوع زیستی بالا کشت کرد، اما آن‌ها برای جایگزینی با روغن پالم در بسیاری از کاربردها به فرآوری بیشتری نیاز دارند. این فرآوری گران است و در‌ نتیجه‌ی آن چربی‌های ترانس تولید می‌شود که سازمان غذا و داروی آمریکا آن را از سال ۲۰۱۵ ممنوع کرده است.

کلهر و جفریس تصمیم گرفتند که مخمر خود را به‌‌ عنوان جایگزین بهتر به بازار عرضه کنند. این میکروب‌ها در آزمایشگاه‌ روغنی را تولید می‌کنند که مشخصات لیپیدی آن تقریباً مشابه با روغن پالم است. این مخمرها را می‌توان با مواردی مانند ذرت یا نیشکر یا ضایعاتی همچون سبوس ذرت و ساقه گندم تغذیه کرد که به کشاورزی گرمسیری نیازی ندارند و می‌توانند هزینه‌های تولید را کاهش دهند. علاو‌ه‌‌ بر‌‌ این، روغن‌های میکروبی را می‌توان هر جایی تولید کرد و فاصله میان کارخانه و مصرف‌کننده را کاهش داد.

چالش تولید روغن‌های میکروبی آن است که مخمرها روغن را در مقیاس بالا و با قیمتی تولید کنند که بتواند با کشاورزی سنتی رقابت کند و این کار با سرعت کافی انجام شود تا جلوی رشد مخرب صنعت تولید روغن پالم را بگیرد.

پیشرفت در فناوری می‌تواند کمک کند. استارتاپ C16 Biosciences در آزمایشگاه خود در منهتن در‌ حال بهینه‌سازی شرایط است تا مخمرهای تغییریافته‌ی ژنتیکی آن بتوانند به‌‌ خوبی رشد کنند.

کریستوفر چاک، مهندس شیمی همکار گروه دانشگاه باث نیز در‌ حال کار روی گونه‌های پرمحصول‌تر مخمر است، اما به‌جای اصلاح میکروب‌ها با استفاده از ابزارهای ویرایش ژن، روی فرایند تکامل هدایت‌شده تمرکز کرده است. این رویکرد شامل قرار دادن کلنی‌های مخمر در‌ معرض رژیمی از استرس‌ها است تا موجب شود که از مواد خام ارزان‌تر، روغن بیشتری تولید کنند. چاک گفت این رویکرد می‌تواند به ایجاد میکروب‌های قوی‌تری منجر شود و همچنین درگیر قوانین حاکم بر موجودات اصلاح‌شده‌ی ژنتیکی نمی‌شود.

زایلوم که دارای حق امتیاز روش‌های اصلاح ژنتیکی مخمر گونه Lipomyces starkeyi است، در‌ تلاش است تا عملکرد سویه‌ی تغذیه‌شده با قند ذرت خود را افزایش دهد. سویه‌ی دیگری که در‌ حال توسعه است، می‌تواند از ضایعات حاصل از تولید اتانول تغذیه کند تا روغن تولید کند. کلهر ادعا می‌کند که این سویه در‌ نهایت می‌تواند روغنی را تولید کند که قیمت آن نصف قیمت روغن پالم خام مالزی باشد.

دهه‌ها پژوهش در‌ زمینه‌ی استفاده از چنین مواد اولیه‌ی فیبری سلولزی برای سوخت زیستی نشان داده است که این هدفی دشوار است، اما کلهر و جفریس اطمینان دارند که شرکت آن‌ها می‌تواند آن را عملی کند.

حتی با سویه‌های بهبود یافته، محدودیت‌هایی وجود دارد. گروه چاک در قالب مدل «محدودیت‌های علم»، راهی را تجسم کردند که در آن روغن‌های میکروبی ممکن است در آینده به قیمتی برابر با روغن پالم برسند. آن‌ها دریافتند که حتی در سناریوی ایده‌آل، روغن‌های میکروبی همچنان گران‌تر از روغن پالم کشت‌شده خواهند بود و در سناریوی محتمل‌تر بهترین حالت، روغن میکروبی حدود چهار برابر گران‌تر خواهند بود. لی گفت: «نمی‌دانم چه کسی قرار است هزینه آن را بدهد. اگرچه، اگر بتوان محصولات ارزشمندتری مانند اسیدهای آمینه یا پروتئین‌ها را همراه با روغن تولید کرد، روغن‌های میکروبی ممکن است بتوانند با روغن پالم سنتی رقابت کنند.»

اگر مصرف‌کنندگان آگاه نسبت‌‌ به محیط زیست، بخواهند قیمت‌های بالاتری را برای محصولات عاری از روغن پالم قبول کنند، قیمت ممکن است اهمیت کمتری داشته باشد.

چاک گفت، به‌‌ منظور موفقیت، جایگزین‌های میکروبی باید با سیاست‌های نظارتی همراه شوند که به‌‌ تدریج روغن پالم تولیدشده به روش ناپایدار را حذف می‌کند و به کشورهای تولیدکننده کمک می‌کند تا به اقتصاد خود تنوع ببخشند.

یارانه‌ها یا مالیات کربن نیز می‌تواند چشم‌انداز روغن‌های مخمر را بهبود ببخشد، زیرا ردپای کربنی روغن‌های میکروبی احتمالاً کمتر از روغن پالمی خواهد بود که روی زمین‌های جنگل‌زدایی‌شده، کشت شده است. اگرچه هنوز انتشارات حاصل از چرخه‌ی زندگی کامل روغن‌های مخمر به‌طور دقیق مورد مطالعه قرار نگرفته است. به‌گفته‌ی چاک: «چگونه اطمینان حاصل کنیم که چیز وحشتناک دیگری را جایگزین آن نمی‌کنیم؟»

سارا کاولینگ، سخنگوی میزگرد روغن پالم پایدار در ایمیلی نوشت، قبل از اینکه هرگونه روغن میکروبی بتواند در‌ دسترس قرار گیرد، برای مهار اثرات فوری حاصل از تولید روغن پالم به جنگل‌داری پایدارتر نیاز است.

دیانا کالیل، بنیان‌گذار کنسرسیوم مطالعات روغن پالم خرده‌پا در اندونزی گفت موضع ما این است که روغن پالم می‌تواند به‌طور پایدار تولید شود. او افزود با کمک به کشاورزان خرده‌پا برای افزایش عملکرد محصول نخل روغنی کنونی، می‌توان از جنگل‌زدایی جلوگیری کرد.

در‌‌ واقع، با تولید ۷۰ میلیون تن روغن در هر سال، فضا برای بیش از یک راه‌حل وجود دارد. به‌گفته‌ی چاک، روغن‌های میکروبی برای داشتن مزیّت‌های زیست‌محیطی قابل‌توجه، لازم نیست که جایگزین همه یا حتی بیشتر تولید روغن پالم سنتی شوند. آن‌ها فقط باید بتوانند رشد این صنعت را مهار کنند و می‌توانند کار خود را با جایگزین کردن روغن پالم در محصولات گران‌قیمت‌تر مانند لوازم آرایشی شروع کنند که استراتژی‌ای است که شرکت‌هایی مانند C16 Biosciences و Xylome آن را دنبال می‌کنند.