二氧化碳變淀粉的魔法

■ 文/林寬雨

說到淀粉，同學們應該不會太陌生。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勾芡的首選。不僅在食物領域，淀粉在工業領域同樣應用廣泛。比如，用淀粉制麥芽糖、葡萄糖、酒精；調制印花漿、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，大自然生產淀粉的能力卻沒那么給力。怎么辦呢？沒關系，我國的科學家通過人工合成，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，科學家是如何將二氧化碳轉變為淀粉的呢？跟隨我，一起看一看其中的奧秘吧！

自然淀粉產量不足

我們都知道，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。然而，這個生產過程有3個比較大的缺點：一是用來生產淀粉的農作物的種植通常需要較長的周期，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；三是經過這么一系列復雜的操作過后，理論上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。

淀粉也可人工合成

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

簡單來說，科學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，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！

人工合成淀粉優點多

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。

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。

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。

4.緩解糧食危機

我國雖然地域遼闊，但耕地面積僅占國土面積的16%左右，糧食問題一直很嚴峻。人工合成淀粉技術的出現，有助于緩解糧食危機。

5.為“碳中和”作貢獻

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、節能減排等多方面降低二氧化碳的含量。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。

能量是個難題

優點如此之多，相信大家都希望這項技術能夠快速被應用到實際生活中。雖然目前科學家們已經在這項技術上取得了重大突破，但要讓它被廣泛應用，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。

助力火星安家

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。