二氧化碳變淀粉，“喝西北風(fēng)”夢(mèng)想成真?

林寬雨

淀粉是人類糧食的主要成分，是養(yǎng)活全球人口最重要的食物原料。而二氧化碳是一種讓我們比較頭疼的氣體，隨著溫室效應(yīng)、全球變暖的加劇，各國(guó)都在努力實(shí)現(xiàn)“碳中和”。如今，中國(guó)科學(xué)家通過人工合成，成功地將二氧化碳變成了淀粉。這種一箭雙雕的轉(zhuǎn)變是如何實(shí)現(xiàn)的呢？下面，咱們一起看一看其中的奧秘。

應(yīng)用廣泛的淀粉家族

在介紹這種神奇的變化之前，咱們先來了解一下淀粉家族。

淀粉是一種多糖，是小麥、玉米、大米等谷物的主要成分。淀粉最為我們熟知的貢獻(xiàn)是在食物領(lǐng)域，它是養(yǎng)活全球人口最重要的食物原料。一些黏性足、吸水性小、潔白有光澤的淀粉，還經(jīng)常被用來為美味佳肴勾芡。在工業(yè)領(lǐng)域，淀粉同樣應(yīng)用廣泛，比如用來制葡萄糖、酒精，給紡織品上漿等。

淀粉用途如此之廣，自然很受人們歡迎，然而大自然生產(chǎn)淀粉的能力卻沒那么給力。

大自然生產(chǎn)淀粉，主要是靠玉米等農(nóng)作物通過光合作用固定二氧化碳，這個(gè)過程有3個(gè)比較大的缺點(diǎn)。首先，用來生產(chǎn)淀粉的農(nóng)作物的種植通常需要較長(zhǎng)周期，且需要利用大量土地、淡水、肥料等資源，投入比較大;其次，整個(gè)生產(chǎn)過程要涉及大約60步代謝反應(yīng)及復(fù)雜的生理調(diào)控，過程復(fù)雜;最后，這么一系列復(fù)雜的操作過后，理論的能量轉(zhuǎn)化效率僅為2%左右，可以說付出和收獲嚴(yán)重不成比例。

人工合成淀粉登臺(tái)亮相

大自然生產(chǎn)不給力促使人們?nèi)ハ肫渌k法制造淀粉，在這個(gè)背景下，人工合成淀粉閃亮登場(chǎng)啦。下面，就給大家講講中國(guó)科學(xué)家是如何自己動(dòng)手造淀粉的。

簡(jiǎn)單來說，科學(xué)家制造淀粉的方式就是像搭積木一樣將碳一化合物搭建成多碳化合物。首先，利用化學(xué)催化劑將高濃度的二氧化碳還原為碳一化合物——甲醇;其次，通過設(shè)計(jì)構(gòu)建碳—聚合新酶，將甲醇搭建成碳三化合物;再次，再把碳三化合物搭建成碳六化合物;最后，再次搭建，就得到我們需要的多碳化合物（也就是淀粉）啦！相比于大自然的生產(chǎn)方式，這種人工合成方

式有很多顯著的優(yōu)點(diǎn)。

No.1過程簡(jiǎn)單

前面提到了大自然生產(chǎn)淀粉需要大約60步代謝反應(yīng)及復(fù)雜的生理調(diào)控，而利用人工合成的方式，二氧化碳只需要經(jīng)過11步就能變成淀粉，生產(chǎn)過程更簡(jiǎn)單。

No.2速度快，效率高

人工合成淀粉在速度和效率上也比自然合成更勝一籌，其中人工合成淀粉的速率是玉米自然合成淀粉速率的8.5倍，合成效率也從自然合成的2%左右提升到了10%以上。

No.3價(jià)值高，保護(hù)環(huán)境

據(jù)說，在能量充足的條件下，理論上1立方米大小的生物反應(yīng)器年產(chǎn)淀粉量相當(dāng)于5畝玉米地的平均年產(chǎn)量。如果這種人工合成淀粉能成功替代自然淀粉，將會(huì)節(jié)省超過90%的土地和淡水資源，經(jīng)濟(jì)價(jià)值非?？捎^。此外，人工合成淀粉的成功應(yīng)用也能大量減少化肥和農(nóng)藥的使用，對(duì)自然環(huán)境也是一種保護(hù)。

No.4緩解糧食危機(jī)

我國(guó)雖然地域遼闊，但能作為耕地的面積僅占國(guó)土面積的16%左右，糧食問題一直很嚴(yán)峻。人工合成淀粉的出現(xiàn)，可以緩解糧食危機(jī)。

No.5有利于“碳中和”

隨著環(huán)境污染、溫室效應(yīng)的加劇，實(shí)現(xiàn)“碳中和”已經(jīng)成為全世界共同努力的目標(biāo)?，F(xiàn)在，人們正努力從植樹造林、使用清潔能源、節(jié)省電能等方面減少二氧化碳的排放。人工合成淀粉技術(shù)可以直接固定二氧化碳，效率遠(yuǎn)高于植物。未來如果這項(xiàng)技術(shù)能得到廣泛應(yīng)用，毫無疑問，可以為“碳中和”作出巨大貢獻(xiàn)。

“喝西北風(fēng)”得先解決能量難題

人工合成淀粉技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)如此之多，相信大家都希望這項(xiàng)技術(shù)能夠快速被用到實(shí)際生活中。雖然目前科學(xué)家已經(jīng)在這項(xiàng)技術(shù)上取得了重大突破，但不得不說，要想讓這項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用，還有不少問題需要解決，比如能量問題。人工合成淀粉的過程需要大量的能量支撐，根據(jù)科學(xué)家的初步計(jì)算，只有二氧化碳到淀粉合成的電能利用效率再提高數(shù)倍，同時(shí)淀粉合成的碳素轉(zhuǎn)化率再提高數(shù)十倍，人工合成淀粉才能同大自然生產(chǎn)的淀粉相競(jìng)爭(zhēng)。

相信隨著科技的發(fā)展，科學(xué)家會(huì)采用更多先進(jìn)的技術(shù)解決人工合成淀粉的能量需求，比如同樣走在科技前沿的“液態(tài)陽(yáng)光”技術(shù)，未來就有望成為人工合成淀粉能量供給的主力。

浩瀚的宇宙給人們留下了無盡的幻想，在宇宙中找到一個(gè)像地球一樣的理想家園一直是人們的夢(mèng)想。也有不少人像馬斯克一樣，想要通過技術(shù)手段將地球的鄰居火星改造成人類的第二家園。未來，人工合成淀粉技術(shù)也許能助馬斯克一臂之力?；鹦谴髿庵卸趸嫉恼急雀哌_(dá)96%，如果人工合成淀粉技術(shù)能在這里應(yīng)用，火星就變成了一個(gè)糧倉(cāng)。解決了糧食問題，人類在火星安家的夢(mèng)想自然可以前進(jìn)一大步。

知識(shí)鏈接：

前景無限的“液態(tài)陽(yáng)光”技術(shù)和人工合成淀粉技術(shù)一樣，“液態(tài)陽(yáng)光”技術(shù)同樣是一種將二氧化碳轉(zhuǎn)化為對(duì)人們有益的物質(zhì)的技術(shù)。具體說來，“液態(tài)陽(yáng)光”技術(shù)是利用太陽(yáng)能等可再生能源產(chǎn)生的電能，將水電解成氫氣和氧氣，然后以二氧化碳和氫氣為原料，通過反應(yīng)得到甲醇等液態(tài)燃料。這些液態(tài)燃料比煤清潔，比油便宜，還便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，很適合替代現(xiàn)有的化石燃料，成為能源供給的主力。目前，我國(guó)已經(jīng)在西部地區(qū)建立了全球第一個(gè)規(guī)?；耙簯B(tài)陽(yáng)光”燃料的工業(yè)化示范工程，并取得了一些成就，未來很值得期待。

（責(zé)任編輯：白玉磊）