世界首例, 中國突破二氧化碳合成澱粉技術, 空氣也能成為糧食來源

這場充滿著匆忙意味的釋出會，只為了宣佈一件事情——中國科學院天津工業生物技術研究所完成

不依賴植物光合作用，直接使用二氧化碳與氫氣作為材料合成澱粉

。

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這項技術的成功意味著，我們可以直接

將電能轉化成人類可以吸收的化學能

，對解決中國糧食供應問題，以及太空、深海等地區食物供應問題有著非常重大的意義。

中科院對於這項技術評價如下：

繼上世紀60年代在世界上首次人工合成結晶牛胰島素之後，中國科學家又在人工合成澱粉方面取得了重大顛覆性、原創性突破——國際上首次在實驗室實現二氧化碳到澱粉的從頭合成。

為什麼要人工合成澱粉

二氧化碳和水在陽光的作用下合成澱粉，這個反應在自然界並不少見。

只要有一個花盆，種植一顆綠色植物，就可以以最低的代價完成這項反應——光合作用。

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但是植物的光合作用有著兩項先天劣勢：

1。

植物光合作用效率多在0.3%~0.5%之間，只有極少數物種能夠達到1%

；並且植物光合作用產生的能量大部分都被植物本身消耗，合成的可收集澱粉數量極少，一般來講

一畝地的收成才夠一個人一年的消耗

。

2。植物生長

對土地、水分、光照等要求高，並且培養週期長

；這也是為何古代中國規劃了龐大的漕運體系，就為了老百姓能吃上一口飯。

之前的科學研究已經證明，我們可以利用催化劑促進氫氣與二氧化碳合成甲醇，再將甲醇轉化為澱粉，而氫氣可以透過光伏轉換產生的電能電解水獲得。

從原理上來講，如果可以將上述過程工業化，就能夠直接完成電能到人類所需碳水化合物的轉換過程，

對人類整體文明水平都有著不小的提升

。

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至少不至於在火星上還得種土豆

如何合成人工澱粉

這整個實驗中的難點有兩個就在於：

1.如何找到能夠促進氫氣與二氧化碳合成甲醇的高效催化劑；2.如何透過甲醇直接合成澱粉？

氫氣與二氧化碳合成甲醇的技術，世界上有不少實驗室在做，但是無一不卡在了轉換效率這個門檻上。

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這也是二氧化碳合成甲醇，不過因為效率低下，主要角度還是廢氣治理

而根據天津工業生物技術研究所在《科學》期刊上發表的文章顯示：目前所裡已經在實驗室中，完成了

透過太陽能板產生電能——電解水產生氫氣——使用催化劑將氫氣與二氧化碳轉換為甲醇

的實驗。

這

整個過程能量轉化效率超過10%，遠超光合作用對陽光的能量利用率

，在世界範圍內也是頂尖水平。

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冰島的合成甲醇工廠

而這項成果之所以能稱得上是“人工合成牛胰島素之後的又一大成就”，就在於中科院的科研人員

解決了甲醇合成澱粉的難題

。

在自然界，甲醇作為一種有毒物質，很難被生物直接利用，自然也不存在甲醇合成澱粉的生命過程。

所以人工設計實現這個過程的難點就在於

設計出一種原本並不存在的酶催化劑

，完成甲醇——澱粉的轉換。

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中科院的科研人員採取了廣撒網、深挖掘的研究方法，從動植物、微生物等31個物種中提取了62種不同的生物酶催化劑，橫向對比，去劣存優，最終探索出一條使用十個不同的酶催化劑逐步將甲醇轉化為澱粉。

整個合成過程歷時11步，是同等條件下玉米合成澱粉速度的8.5倍

，並且對生產場地需求較低，按照論文第一作者、中科院天津工業生物技術研究所副研究員蔡韜的說法：該實驗向

設計自然、超越自然目標的實現邁進了一大步

。

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人工澱粉的廣闊用途

目前，人類透過大量種植農業作物的方式固化太陽能，生成生存與工業所需的各種澱粉資源。

但是，實際上農作物合成澱粉效率極低，在玉米等作物中，合成澱粉需要經過60多複雜的代謝反應和生理調節，這是的

玉米的太陽能轉化率僅有2%不到

。

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人工澱粉合成方法一方面簡化了這個過程，而另一方面目前中科院太陽能——澱粉的能量轉換效率在10%以上。

清空下每平方米太陽能功率大約為14W，各地全體的日照輻射換算成標準日照大概在3~4小時，

按照人類70W的平均功率來說，20平方米不到的光照面積就能供應一個人一天所需的全部碳水化合物

。

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這可比種地簡單多了

再者說，電力的來源遠遠不止太陽能這種低效的方式。

在

水電站附近建設大型澱粉生產廠

是一個目前看來呼之欲出的構想。

大江大河在提供電能的同時，還有著豐富的水與水運資源。

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外加上

中國西部地區原本就是能源豐富、糧食緊缺的狀態

，這項技術的誕生，對於減輕糧食儲運壓力，也有著深刻的意義。

總結

當然，對於這種新興技術我們也不能一味地捧殺，我們還是需要認識到中科院的這項技術目前還是處於實驗室狀態，

低效率+高成本肯定是技術工業化前最難邁過去的兩道坎

。

但是如同，法拉第被人問及發電機的作用時講的那句話一樣，“夫人，一個剛剛出生的嬰兒有什麼作用呢？”

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澱粉合成裝置

現在人工澱粉合成技術在可以預見的十年之內，依舊可能沒有辦法直接改變我們的世界。

但是，好歹我們把通向未來更加高階的能量轉換方法的大門打開了一條縫隙。

並且，我們可以自豪地講，

這條縫隙是由我們中國人開啟的

。

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中科院，牛！