二氧化碳變淀粉，“喝西北風”夢想成真？

□文/林寬雨

淀粉是人類糧食的主要成分，是養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、全球變暖的加劇，各國都在努力實現“碳中和”。如今，中國科學家通過人工合成，成功地將二氧化碳變成了淀粉。這種一箭雙雕的轉變是如何實現的呢？下面，咱們一起看一看其中的奧秘。

供圖/視覺中國

應用廣泛的淀粉家族

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是在食物領域，它是養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，還經常被用來為美味佳肴勾芡。在工業領域，淀粉同樣應用廣泛，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，然而大自然生產淀粉的能力卻沒那么給力。

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

人工合成淀粉登臺亮相

大自然生產不給力促使人們去想其他辦法制造淀粉，在這個背景下，人工合成淀粉閃亮登場啦。下面，就給大家講講中國科學家是如何自己動手造淀粉的。

供圖/人民視覺

研究人員展示人工合成淀粉樣品

簡單來說，科學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，通過設計構建碳—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方式，這種人工合成方式有很多顯著的優點。

No.1過程簡單

前面提到了大自然生產淀粉需要大約60步代謝反應及復雜的生理調控，而利用人工合成的方式，二氧化碳只需要經過11步就能變成淀粉，生產過程更簡單。

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價值高，保護環境

據說，在能量充足的條件下，理論上1立方米大小的生物反應器年產淀粉量相當于5畝玉米地的平均年產量。如果這種人工合成淀粉能成功替代自然淀粉，將會節省超過90%的土地和淡水資源，經濟價值非常可觀。此外，人工合成淀粉的成功應用也能大量減少化肥和農藥的使用，對自然環境也是一種保護。

No.4緩解糧食危機

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

No.5有利于“碳中和”

隨著環境污染、溫室效應的加劇，實現“碳中和”已經成為全世界共同努力的目標。現在，人們正努力從植樹造林、使用清潔能源、節省電能等方面減少二氧化碳的排放。人工合成淀粉技術可以直接固定二氧化碳，效率遠高于植物。未來如果這項技術能得到廣泛應用，毫無疑問，可以為“碳中和”作出巨大貢獻。

如果二氧化碳人工合成淀粉技術得到廣泛應用，將為“碳中和”作出巨大貢獻

“喝西北風”得先解決能量難題

人工合成淀粉技術的優點如此之多，相信大家都希望這項技術能夠快速被用到實際生活中。雖然目前科學家已經在這項技術上取得了重大突破，但不得不說，要想讓這項技術被廣泛應用，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，根據科學家的初步計算，只有二氧化碳到淀粉合成的電能利用效率再提高數倍，同時淀粉合成的碳素轉化率再提高數十倍，人工合成淀粉才能同大自然生產的淀粉相競爭。

相信隨著科技的發展，科學家會采用更多先進的技術解決人工合成淀粉的能量需求，比如同樣走在科技前沿的“液態陽光”技術，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，在宇宙中找到一個像地球一樣的理想家園一直是人們的夢想。也有不少人像馬斯克一樣，想要通過技術手段將地球的鄰居火星改造成人類的第二家園。未來，人工合成淀粉技術也許能助馬斯克一臂之力。火星大氣中二氧化碳的占比高達96%，如果人工合成淀粉技術能在這里應用，火星就變成了一個糧倉。解決了糧食問題，人類在火星安家的夢想自然可以前進一大步。

知識鏈接：

前景無限的“液態陽光”技術

和人工合成淀粉技術一樣，“液態陽光”技術同樣是一種將二氧化碳轉化為對人們有益的物質的技術。具體說來，“液態陽光”技術是利用太陽能等可再生能源產生的電能，將水電解成氫氣和氧氣，然后以二氧化碳和氫氣為原料，通過反應得到甲醇等液態燃料。這些液態燃料比煤清潔，比油便宜，還便于儲存和運輸，很適合替代現有的化石燃料，成為能源供給的主力。目前，我國已經在西部地區建立了全球第一個規模化“液態陽光”燃料的工業化示范工程，并取得了一些成就，未來很值得期待。