在火星上建一座化工厂

李庆林

小编的话：

你知道吗？7月23日，我国火星探测器“天问一号”成功发射，由“长征五号”运载火箭直接送入地火转移轨道，成为一颗人造行星，与地球、火星共同绕太阳公转，并逐渐远离地球，飞向火星。到达火星时，探测器距离地球约1.95亿千米，实际飞行路程约4.7亿千米。截至8月28日10时08分，“天问一号”累计飞行1亿千米！

由于与地球的诸多特征相似，火星一直被认为是未来人类移民外太空的首选目的地。

要想移民火星，可远不止从地球飞到火星那么简单。人类想实现半永久或者永久定居火星，而不仅仅是为了火星一日游，建设火星基地并且保证人们更好地在火星上生存，是能否移民火星的关键所在。

现在，我们生活中的衣食住行其实都离不开种类繁多的化学品，未来移民火星之后更是如此，跨星球运输物资固然是可以，但是时效低、成本高的问题迫使人们需要寻找一劳永逸的解决方法。

既然如此，不如我们在火星上建一座化工厂吧！

为什么能在火星建化工厂？

地球上的化工厂正是以石油、煤炭等化石资源为原材料，通过繁多流程工艺的加工，辅助以物理和化学手段，才能得到一系列与我们生产生活密切相关的终端产品，例如塑料、药物、燃料，包括现在全球风靡的口罩。

所以，要想在火星建设化工厂 ，第一步就是去火星挖矿！

等等，在有挖矿这个想法之前，我想告诉你的是，据目前的科学报道，并无证据表明火星曾经有过植物或者动物等生命形式存在。目前科学界普遍认为，化石资源是由于古代海洋或湖泊中的动物和微生物的遗体在地层中经过漫长时间的演化而形成的。因此，火星底下并不见得一定有矿。

那在火星建设化工厂的计划难道还没有开始就要宣告失败了吗？

火星目前没有发现存在石油、煤炭等资源，但是火星真的一无所有吗？我们来看看火星有什么？

科学界普遍认为火星星体表面有土壤，表层下有冰，并且存在稀薄的大气层。此外，1969年，伯克利大学的Pimentel教授，通过红外探测器发现火星大气中含有96%的二氧化碳和4%的氮气。如果我们真的要在火星上建设化工厂，似乎唯一的碳物质—二氧化碳就成了化工厂原料的不二选择，即通过二氧化碳制造高分子材料、燃料、药品等生活必须的化学品。

这个构想听起来似乎很玄幻，但并不是天方夜谭。事实上，通过人工光合作用，这一切在未来都是可以实现的！

什么是人工光合作用？

无论人类未来移民哪一个星球，怎样更好地活下来都尤为重要，这就离不开高分子材料、药物、燃料和肥料等化学品。2003年，美国能源部在伯克利国家实验室启动了“太阳神计划”，旨在通过跟大自然学习构造光合作用系统，利用半导体和催化剂，把二氧化碳转化成各种化学制品。

近年来，来自伯克利国家实验室的杨培东院士团队，利用半导体和微生物成功构建了第一个集成系统，将这一设想变成了现实。后来，他们推出了更为优秀的“2.0 版本”。

人工光合作用系统其实是模仿植物的光合作用，将太阳能转化为化学能。植物的光合作用是利用吸收的太阳光，将大气中的二氧化碳和水，转化为糖类等有机物，供植物进行各种代谢活动。事实上，我们使用的煤、石油和天然气等也是来自原始植物的能量积累。

人工光合作用系统主要由两部分组成，即半导体和微生物工程细菌。半导体负责吸收光能，将其转化为电能，具有特定功能的工程细菌利用这种能量，将吸收的二氧化碳合成为特定的有机物（将电能转化为了化学能）。目前，人工光合作用对太阳能的利用效率可以达到8%～10%，相比于植物的光合作用效率提高了约20倍。此外，其生成的产物并不会像植物一样被细菌代谢掉，从而保证了更高的产物产率。

那么，可以将太阳能直接转化为化学能的人工光合作用系统究竟是怎么工作的呢？

人工光合作用是如何工作的？

以醋酸的生产为例，醋酸（学名乙酸），是含有两个碳的重要有机化学品，也是食醋的主要成分。在人工光合作用系统中，研究者選择厌氧的热醋穆尔氏菌作主角，并开发出金纳米簇无机材料进行光的吸收。之后，将被注入金纳米簇的工程菌置于特定的培养液中，保持纯二氧化碳的无氧气氛，给予一定强度的光照。再经过一系列复杂的程序，成功合成醋酸分子物，并释放到培养液中以备利用。

研究醋酸的人工光合作用合成，不仅仅是因为其结构简单，研究这一合成过程的初衷是因为乙酸在化工产业中的重要应用。举个例子，以醋酸为原材料，我们可以生产丁醇， 而丁醇因其特性，被称为未来可以替代石油的新型燃料。此外，利用醋酸，我们还可以利用聚合反应合成高分子材料，合成青蒿素等药物中间体。而这些都将是我们未来在火星上生存下来所必不可少的化学品。

移民火星未来可期

在我们成功打开人工光合作用合成化学品这一潘多拉宝盒之后，未来更多的化学品也将会被源源不断地合成出来。比如，火星上还有4%的氮气，如果未来开发出新的人工光合作用集成系统，将氮气合成氨化合物，就可以为移民火星提供充裕的肥料用于农作物的种植了。

否则，未来移民火星的时候，恐怕我们只能和《火星救援》中的男主一样，用有味道的有机肥来种植瓜果蔬菜了……