二氧化碳變淀粉的魔法

■ 文/林寬雨

說到淀粉，同學(xué)們應(yīng)該不會(huì)太陌生。它是我們一日三餐中的米飯、面條、面包、玉米等食物中的主要成分，是爸爸媽媽為我們做美味佳肴時(shí)勾芡的首選。不僅在食物領(lǐng)域，淀粉在工業(yè)領(lǐng)域同樣應(yīng)用廣泛。比如，用淀粉制麥芽糖、葡萄糖、酒精；調(diào)制印花漿、紡織品的上漿，等等。

淀粉的用途如此之廣，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。怎么辦呢？沒關(guān)系，我國(guó)的科學(xué)家通過人工合成，成功將溫室氣體二氧化碳變成了淀粉。此舉真是一箭雙雕。那么，科學(xué)家是如何將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)榈矸鄣哪?？跟隨我，一起看一看其中的奧秘吧！

自然淀粉產(chǎn)量不足

我們都知道，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。然而，這個(gè)生產(chǎn)過程有3個(gè)比較大的缺點(diǎn)：一是用來生產(chǎn)淀粉的農(nóng)作物的種植通常需要較長(zhǎng)的周期，且需要利用大量土地、淡水、肥料等資源，投入比較大；二是整個(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；三是經(jīng)過這么一系列復(fù)雜的操作過后，理論上的能量轉(zhuǎn)化效率僅為2%左右，可以說付出和收獲嚴(yán)重不成比例。

淀粉也可人工合成

大自然生產(chǎn)不給力，促使著人們想其他辦法制造淀粉。這不，我國(guó)科學(xué)家就成功合成了淀粉。那他們是如何自己動(dòng)手造淀粉的呢？

簡(jiǎn)單來說，科學(xué)家制造淀粉的方式就像搭積木一樣，將碳一化合物搭建成多碳化合物，具體搭建過程可以概括為：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，把碳三化合物搭建成碳六化合物；最后，再次搭建，就得到所需要的多碳化合物——淀粉啦！

人工合成淀粉優(yōu)點(diǎn)多

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)。

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。

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，合成速度是玉米自然合成淀粉速度的8.5倍，合成效率也從自然合成的2%左右提升到了10%以上。

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)。

4.緩解糧食危機(jī)

我國(guó)雖然地域遼闊，但耕地面積僅占國(guó)土面積的16%左右，糧食問題一直很嚴(yán)峻。人工合成淀粉技術(shù)的出現(xiàn)，有助于緩解糧食危機(jī)。

5.為“碳中和”作貢獻(xiàn)

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)。現(xiàn)在，人們正努力從植樹造林、使用清潔能源、節(jié)能減排等多方面降低二氧化碳的含量。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(wú)疑問，可以為“碳中和”作出巨大貢獻(xiàn)。

能量是個(gè)難題

優(yōu)點(diǎn)如此之多，相信大家都希望這項(xiàng)技術(shù)能夠快速被應(yīng)用到實(shí)際生活中。雖然目前科學(xué)家們已經(jīng)在這項(xiàng)技術(shù)上取得了重大突破，但要讓它被廣泛應(yīng)用，還有不少問題需要解決，比如能量問題。

通過二氧化碳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。

助力火星安家

浩瀚的宇宙給人們留下了無(wú)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。