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 利用二氧化碳人工合成淀粉，科幻電影照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

在全球氣溫變暖的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)下，怎樣處理二氧化碳成了“老大難”。作為碳排放大戶的能源類企業(yè)，還會因?yàn)槎趸嫉倪^量排放，直接影響到企業(yè)的生存發(fā)展。

有沒有這樣一種可能，把這種已經(jīng)威脅到了地球環(huán)境的氣體，轉(zhuǎn)變成人類生存所必須的淀粉？這似乎是天方夜譚，但現(xiàn)在，已經(jīng)被中國科學(xué)家變成了現(xiàn)實(shí)。


淀粉是小麥、玉米等人類糧食的主要成分，只能由農(nóng)作物通過光合作用，將太陽能、二氧化碳和水轉(zhuǎn)化而成。

但日前，來自中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所（下稱“天津工業(yè)生物所”）的科研人員，取得了一項(xiàng)突破性進(jìn)展——不需要土地種植農(nóng)作物，而是像釀造啤酒一樣，淀粉可以從工廠中直接制造出來。

而這個(gè)過程中所需要的原材料，就是令人頭疼的二氧化碳。

我國科學(xué)家成功實(shí)現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成，這在國際上尚屬首次，相關(guān)成果于北京時(shí)間9月24日發(fā)表在國際頂尖雜志《科學(xué)》上，受到全球矚目。

天津工業(yè)生物所的科研人員，創(chuàng)制了一條利用二氧化碳和電解產(chǎn)生的氫氣，人工合成淀粉的路線。反應(yīng)步驟從自然界的60步左右，縮短到人工的11步，淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍。

從能量角度看，光合作用的本質(zhì)是將太陽光能轉(zhuǎn)化為淀粉中儲存的化學(xué)能。因此，將光能高效地轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能并儲存下來成為關(guān)鍵。

“我們想到了光能—電能—化學(xué)能的能量轉(zhuǎn)變方式。”天津工業(yè)生物所副所長王欽宏說：“首先，光伏發(fā)電將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，通過光伏電解水產(chǎn)生氫氣；然后，通過催化劑利用氫氣將二氧化碳還原生成甲醇，將電能轉(zhuǎn)化為甲醇中儲存的化學(xué)能。這個(gè)過程的能量轉(zhuǎn)化效率超過10%，遠(yuǎn)超光合作用的能量利用效率。”

科研人員挖掘和改造了來自動物、植物、微生物等31個(gè)不同物種的62個(gè)生物酶催化劑，最終優(yōu)中選優(yōu)，使用10個(gè)酶逐步將甲醇轉(zhuǎn)化為淀粉。

據(jù)科研團(tuán)隊(duì)介紹，在充足能量供給的條件下，按照目前的技術(shù)參數(shù)推算，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)于我國5畝土地玉米種植的平均年產(chǎn)量。
當(dāng)今世界，全球正面臨氣候變暖、糧食危機(jī)等一系列難題，二氧化碳的轉(zhuǎn)化利用與糧食淀粉的工業(yè)合成，正是應(yīng)對挑戰(zhàn)的重大科技之一。

該成果尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，離實(shí)際應(yīng)用還有很長的距離，但如果成本能降低到可與農(nóng)業(yè)種植相比的經(jīng)濟(jì)可行性，將有機(jī)會節(jié)省超過90%的土地和淡水資源，并消除化肥和農(nóng)藥對環(huán)境的負(fù)面影響，對于提高人類糧食安全水平，促進(jìn)“碳中和”的生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有重大意義。

我國提出力爭2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，這項(xiàng)技術(shù)為“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了一種新的思路。

“如果能夠在經(jīng)濟(jì)可行性上與農(nóng)業(yè)種植可以競爭的話，它會對我們的糧食安全，到二氧化碳的利用，到我們‘雙碳’的目標(biāo)，都會起到非常重大的支撐作用。”論文通訊作者、天津工業(yè)生物所所長馬延和說。

關(guān)于人工合成淀粉的產(chǎn)業(yè)化問題，馬延和表示，計(jì)劃在未來5至10年內(nèi)，建立工業(yè)示范，以工業(yè)尾氣為原料，利用光伏等可再生電源分解水提供氫氣，在化學(xué)反應(yīng)器中進(jìn)行二氧化碳高效還原，在生物反應(yīng)裝置中合成淀粉。

論文第一作者、天津工業(yè)生物所副研究員蔡韜說：“我們的整體設(shè)計(jì)思路是將熱電廠和水泥廠排放的高濃度二氧化碳分離出來作為原料，將低密度太陽能轉(zhuǎn)化為高密度電/氫能作為能源，形成簡單的碳?xì)浠衔?，然后再設(shè)計(jì)出從碳?xì)浠衔锏降矸鄣纳锖铣蛇^程。”

科研人員表示，如果人工合成淀粉示范可以達(dá)到理論能量轉(zhuǎn)換效率的80%，那么10度電大約可以合成1公斤淀粉，這項(xiàng)成果具有相當(dāng)大的應(yīng)用潛力。

原標(biāo)題：CO?變淀粉！中國科學(xué)家取得重大突破，和能源行業(yè)密切相關(guān)！