9月24號(hào)中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所所長(zhǎng)馬延和帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》發(fā)表二氧化碳人工合成淀粉的技術(shù)在全世界范圍內(nèi)引起了廣泛關(guān)注。該項(xiàng)技術(shù)對(duì)于我國(guó)碳中和、糧食安全、太空探索等領(lǐng)域具有重要指導(dǎo)意義，但實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性、可行性還有待考證。

碳達(dá)峰碳中和是我國(guó)的頂層設(shè)計(jì)路線，也是未來(lái)40年的重要發(fā)展方向。為了實(shí)現(xiàn)碳中和，需要多產(chǎn)業(yè)協(xié)同合作，尤其是要大力發(fā)展包括碳捕集、吸收、封存、利用等負(fù)碳技術(shù)，那么二氧化碳人工合成淀粉技術(shù)和前端的碳捕集以及應(yīng)用端的碳利用技術(shù)十分契合。

二氧化碳合成淀粉的現(xiàn)狀

自然界中農(nóng)作物通過(guò)光合作用將太陽(yáng)光能、二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成淀粉，這一過(guò)程涉及60余步的代謝反應(yīng)和復(fù)雜的生理調(diào)控，而馬延和團(tuán)隊(duì)成功在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)制了一條利用二氧化碳和電解產(chǎn)生的氫氣合成淀粉的人工路線，將代謝反應(yīng)縮短至11步，相比于植物轉(zhuǎn)化的8．5倍，理論能量轉(zhuǎn)化效率是玉米的3．5倍。

按照目前技術(shù)參數(shù)推算，在能量供給充足的條件下，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5畝玉米的淀粉年平均產(chǎn)量（按我國(guó)玉米淀粉平均畝產(chǎn)量計(jì)算）。如果全國(guó)的淀粉都由人工二氧化碳合成，現(xiàn)有的90％的耕地面積以及淡水資源將被節(jié)省，進(jìn)一步消除化肥和農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的影響，可以極大地緩解糧食危機(jī)。

所以這一研究成果將對(duì)全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生革命性的影響，也為中國(guó)碳中和路徑的實(shí)施提供了一種新思路。

距離商業(yè)化應(yīng)用有多遠(yuǎn)

雖然人工二氧化碳合成淀粉取得了技術(shù)上的突破，但在應(yīng)用方面還有很長(zhǎng)的路要走。此次技術(shù)突破大體可以分為兩步，第一步是二氧化碳被氫催化成甲醇，第二步則是將甲醇轉(zhuǎn)化成淀粉。第一步的成本與第二步的高能耗、高排放都是商業(yè)化應(yīng)用的難點(diǎn)。

第一步所用技術(shù)較為成熟，且這一步的成本才是決定這個(gè)工藝是否存在商業(yè)化落地的關(guān)鍵，因?yàn)榧状际蔷哂惺袌?chǎng)價(jià)值的化工產(chǎn)品且本身價(jià)格要高過(guò)淀粉。如果按照第一步的工藝，甲醇的成本會(huì)比目前市場(chǎng)價(jià)格高出幾倍，所以需要降低成本來(lái)推動(dòng)商業(yè)化應(yīng)用的發(fā)展。

一個(gè)是降低制氫的成本，這也是全球新能源發(fā)電企業(yè)研發(fā)的一個(gè)重點(diǎn)：將棄風(fēng)棄光通過(guò)電解水方式得到大量氫，可以儲(chǔ)能，發(fā)電以及作為化工原料。解水制氫一般都以強(qiáng)堿、強(qiáng)酸或含氧鹽溶液作為電解液。目前商用電解槽法，能耗水平約為4．5～5．5kwh／Nm3H2，能效在72％～82％之間。折算下來(lái)，水電解制氫成本相當(dāng)于30～40元／kg，用電解法生產(chǎn)氣態(tài)氫的價(jià)格比汽油約高65％，如果生產(chǎn)液態(tài)氫，則比汽油約高260％以上。

另一個(gè)是降低提純二氧化碳的成本，據(jù)測(cè)算，空氣中二氧化碳含量為400ppm，轉(zhuǎn)化為可使用的高純度二氧化碳則需要提純2500倍，過(guò)程中所需的費(fèi)用與材料都相對(duì)較高。即使使用較低成本和較簡(jiǎn)單工藝路線的干濕轉(zhuǎn)換法，獲取高濃度二氧化碳的成本也高達(dá)千元人民幣／噸。如果在高濃度的排放源中捕集，還需要高額的投資、運(yùn)營(yíng)、運(yùn)輸成本。

第二步的商業(yè)化應(yīng)用將著重于中間環(huán)節(jié)技術(shù)的突破，降低轉(zhuǎn)化過(guò)程中的高能耗與高排放。

將甲醇轉(zhuǎn)化成淀粉需要通過(guò)技術(shù)手段將碳分子用搭積木的方式連接在碳鏈上，而每增加一個(gè)碳分子在碳鏈上，都需要消耗巨額能量并產(chǎn)生碳排放。從整個(gè)技術(shù)合成過(guò)程的角度來(lái)看，其帶來(lái)的碳排放對(duì)碳中和的影響是負(fù)面的。

未來(lái)應(yīng)用的展望

目前該成果還處于實(shí)驗(yàn)室階段，距離實(shí)際應(yīng)用還有很長(zhǎng)的距離，但不礙于我們現(xiàn)在對(duì)其未來(lái)應(yīng)用的設(shè)想。

一是可以解決糧食危機(jī)，緩解耕地緊張，減少化肥、農(nóng)業(yè)對(duì)環(huán)境的危害

據(jù)由聯(lián)合國(guó)世界糧食計(jì)劃署、糧農(nóng)組織和歐盟于2016年成立的全球應(yīng)對(duì)糧食危機(jī)網(wǎng)絡(luò)（FSIN）發(fā)布的《2021年全球糧食危機(jī)報(bào)告》顯示， 2020年在55個(gè)國(guó)家／地區(qū)內(nèi)至少有1．55億人陷入“危機(jī)”級(jí)別或更為嚴(yán)重的突發(fā)糧食不安全狀況，比上一年增加約2000萬(wàn)人。報(bào)告警告，自2017年報(bào)告首次發(fā)布以來(lái)，突發(fā)糧食不安全問(wèn)題一直在加劇，絲毫沒有停息，這一趨勢(shì)令人憂慮。

此外，在報(bào)告所反映的55個(gè)存在糧食危機(jī)的國(guó)家／地區(qū)中，2020年有超過(guò)7500萬(wàn)五歲以下兒童發(fā)育遲緩（矮�。�，1500多萬(wàn)兒童體型消瘦。

如果能夠有大量的人工合成淀粉，我們就可以生產(chǎn)各種各樣的材料和食品，保障人們的糧食安全。此外，將傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)搬到工業(yè)車間中，可以極大的緩解土地、淡水、肥料等自然資源的使用。

二是可以減少碳排放，緩解氣候問(wèn)題

自工業(yè)革命以來(lái)，由于人類活動(dòng)使得大氣中的碳排放量增加了約25％－30％，造成了全球性變暖、臭氧層空洞以及極端天氣災(zāi)害，控制二氧化碳排放量是解決氣候變化的唯一途徑。

如果可以將二氧化碳大量的捕集起來(lái)轉(zhuǎn)化為淀粉，就可以極大地緩解二氧化碳排放所造成的環(huán)境問(wèn)題。

三是可以成為外太空探索的有效保障

與地球不同，火星、金星等大氣層都以二氧化碳為主。如果可以通過(guò)技術(shù)手段轉(zhuǎn)化為淀粉，則可以有效解決探索人員的能量供給問(wèn)題，有利于人類開展長(zhǎng)期的星球探索。

結(jié)語(yǔ)

正所謂羅馬不是一天建成的，科學(xué)成果的應(yīng)用轉(zhuǎn)化也需要時(shí)間的積累，科研人員堅(jiān)持不懈地努力。作為普通人，我們還需要理性、客觀的看待事物的發(fā)展。

人工二氧化碳合成淀粉技術(shù)的突破，對(duì)我國(guó)碳中和、糧食安全、太空探索等領(lǐng)域具有重要指導(dǎo)意義，但目前還停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段。二氧化碳被氫催化成甲醇所面臨的成本以及搭積木產(chǎn)生的高能耗，高排放等問(wèn)題還亟需解決。

雖然存在眾多難點(diǎn)，但最重要是走出第一步。馬延和團(tuán)隊(duì)六年磨一劍，為我國(guó)科技事業(yè)取得了歷史性成就。老一代科學(xué)家心系祖國(guó)、艱苦奮斗、精誠(chéng)報(bào)國(guó)的優(yōu)秀品質(zhì)，堅(jiān)持國(guó)家利益和人民利益至上的情懷，著力攻克基礎(chǔ)前沿難題和核心關(guān)鍵技術(shù)的行動(dòng)，帶給我們攻堅(jiān)克難的無(wú)窮精神力量。

本文來(lái)源于億歐，原創(chuàng)文章，作者：孫航｜億歐EqualOcean。轉(zhuǎn)載或合作請(qǐng)點(diǎn)擊轉(zhuǎn)載說(shuō)明，違規(guī)轉(zhuǎn)載法律必究。