二氧化碳变淀粉，“喝西北风”梦想成真？

□文/林宽雨

淀粉是人类粮食的主要成分，是养活全球人口最重要的食物原料。而二氧化碳是一种让我们比较头疼的气体，随着温室效应、全球变暖的加剧，各国都在努力实现“碳中和”。如今，中国科学家通过人工合成，成功地将二氧化碳变成了淀粉。这种一箭双雕的转变是如何实现的呢？下面，咱们一起看一看其中的奥秘。

供图/视觉中国

应用广泛的淀粉家族

在介绍这种神奇的变化之前，咱们先来了解一下淀粉家族。

淀粉是一种多糖，是小麦、玉米、大米等谷物的主要成分。淀粉最为我们熟知的贡献是在食物领域，它是养活全球人口最重要的食物原料。一些黏性足、吸水性小、洁白有光泽的淀粉，还经常被用来为美味佳肴勾芡。在工业领域，淀粉同样应用广泛，比如用来制葡萄糖、酒精，给纺织品上浆等。

淀粉用途如此之广，自然很受人们欢迎，然而大自然生产淀粉的能力却没那么给力。

大自然生产淀粉，主要是靠玉米等农作物通过光合作用固定二氧化碳，这个过程有3个比较大的缺点。首先，用来生产淀粉的农作物的种植通常需要较长周期，且需要利用大量土地、淡水、肥料等资源，投入比较大；其次，整个生产过程要涉及大约60步代谢反应及复杂的生理调控，过程复杂；最后，这么一系列复杂的操作过后，理论的能量转化效率仅为2%左右，可以说付出和收获严重不成比例。

人工合成淀粉登台亮相

大自然生产不给力促使人们去想其他办法制造淀粉，在这个背景下，人工合成淀粉闪亮登场啦。下面，就给大家讲讲中国科学家是如何自己动手造淀粉的。

供图/人民视觉

研究人员展示人工合成淀粉样品

简单来说，科学家制造淀粉的方式就是像搭积木一样将碳一化合物搭建成多碳化合物。首先，利用化学催化剂将高浓度的二氧化碳还原为碳一化合物——甲醇；其次，通过设计构建碳—聚合新酶，将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，就得到我们需要的多碳化合物（也就是淀粉）啦！

相比于大自然的生产方式，这种人工合成方式有很多显著的优点。

No.1过程简单

前面提到了大自然生产淀粉需要大约60步代谢反应及复杂的生理调控，而利用人工合成的方式，二氧化碳只需要经过11步就能变成淀粉，生产过程更简单。

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胜一筹，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，合成效率也从自然合成的2%左右提升到了10%以上。

No.3价值高，保护环境

据说，在能量充足的条件下，理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于5亩玉米地的平均年产量。如果这种人工合成淀粉能成功替代自然淀粉，将会节省超过90%的土地和淡水资源，经济价值非常可观。此外，人工合成淀粉的成功应用也能大量减少化肥和农药的使用，对自然环境也是一种保护。

No.4缓解粮食危机

我国虽然地域辽阔，但能作为耕地的面积仅占国土面积的16%左右，粮食问题一直很严峻。人工合成淀粉的出现，可以缓解粮食危机。

No.5有利于“碳中和”

随着环境污染、温室效应的加剧，实现“碳中和”已经成为全世界共同努力的目标。现在，人们正努力从植树造林、使用清洁能源、节省电能等方面减少二氧化碳的排放。人工合成淀粉技术可以直接固定二氧化碳，效率远高于植物。未来如果这项技术能得到广泛应用，毫无疑问，可以为“碳中和”作出巨大贡献。

如果二氧化碳人工合成淀粉技术得到广泛应用，将为“碳中和”作出巨大贡献

“喝西北风”得先解决能量难题

人工合成淀粉技术的优点如此之多，相信大家都希望这项技术能够快速被用到实际生活中。虽然目前科学家已经在这项技术上取得了重大突破，但不得不说，要想让这项技术被广泛应用，还有不少问题需要解决，比如能量问题。人工合成淀粉的过程需要大量的能量支撑，根据科学家的初步计算，只有二氧化碳到淀粉合成的电能利用效率再提高数倍，同时淀粉合成的碳素转化率再提高数十倍，人工合成淀粉才能同大自然生产的淀粉相竞争。

相信随着科技的发展，科学家会采用更多先进的技术解决人工合成淀粉的能量需求，比如同样走在科技前沿的“液态阳光”技术，未来就有望成为人工合成淀粉能量供给的主力。

浩瀚的宇宙给人们留下了无尽的幻想，在宇宙中找到一个像地球一样的理想家园一直是人们的梦想。也有不少人像马斯克一样，想要通过技术手段将地球的邻居火星改造成人类的第二家园。未来，人工合成淀粉技术也许能助马斯克一臂之力。火星大气中二氧化碳的占比高达96%，如果人工合成淀粉技术能在这里应用，火星就变成了一个粮仓。解决了粮食问题，人类在火星安家的梦想自然可以前进一大步。

知识链接：

前景无限的“液态阳光”技术

和人工合成淀粉技术一样，“液态阳光”技术同样是一种将二氧化碳转化为对人们有益的物质的技术。具体说来，“液态阳光”技术是利用太阳能等可再生能源产生的电能，将水电解成氢气和氧气，然后以二氧化碳和氢气为原料，通过反应得到甲醇等液态燃料。这些液态燃料比煤清洁，比油便宜，还便于储存和运输，很适合替代现有的化石燃料，成为能源供给的主力。目前，我国已经在西部地区建立了全球第一个规模化“液态阳光”燃料的工业化示范工程，并取得了一些成就，未来很值得期待。