作者 | 孫航

9月24号中國科學院天津工業生物技術研究所所長馬延和帶領團隊在《科學》發表二氧化碳人工合成澱粉的技術在全世界範圍内引起了廣泛關注。該項技術對于我國碳中和、糧食安全、太空探索等領域具有重要指導意義，但實際應用的經濟性、可行性還有待考證。

碳達峰碳中和是我國的頂層設計路線，也是未來40年的重要發展方向。為了實現碳中和，需要多産業協同合作，尤其是要大力發展包括碳捕集、吸收、封存、利用等負碳技術，那麼二氧化碳人工合成澱粉技術和前端的碳捕集以及應用端的碳利用技術十分契合。

自然界中農作物通過光合作用将太陽光能、二氧化碳和水轉化成澱粉，這一過程涉及60餘步的代謝反應和複雜的生理調控，而馬延和團隊成功在實驗室中創制了一條利用二氧化碳和電解産生的氫氣合成澱粉的人工路線，将代謝反應縮短至11步，相比于植物轉化的8.5倍，理論能量轉化效率是玉米的3.5倍。

按照目前技術參數推算，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器年産澱粉量相當于5畝玉米的澱粉年平均産量（按我國玉米澱粉平均畝産量計算）。如果全國的澱粉都由人工二氧化碳合成，現有的90%的耕地面積以及淡水資源将被節省，進一步消除化肥和農藥對環境的影響，可以極大地緩解糧食危機。

所以這一研究成果将對全球農業生産産生革命性的影響，也為中國碳中和路徑的實施提供了一種新思路。

雖然人工二氧化碳合成澱粉取得了技術上的突破，但在應用方面還有很長的路要走。此次技術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，第二步則是将甲醇轉化成澱粉。第一步的成本與第二步的高能耗、高排放都是商業化應用的難點。

第一步所用技術較為成熟，且這一步的成本才是決定這個工藝是否存在商業化落地的關鍵，因為甲醇是具有市場價值的化工産品且本身價格要高過澱粉。如果按照第一步的工藝，甲醇的成本會比目前市場價格高出幾倍，所以需要降低成本來推動商業化應用的發展。

一個是降低制氫的成本，這也是全球新能源發電企業研發的一個重點：将棄風棄光通過電解水方式得到大量氫，可以儲能，發電以及作為化工原料。解水制氫一般都以強堿、強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，水電解制氫成本相當于30~40元/kg，用電解法生産氣态氫的價格比汽油約高65%，如果生産液态氫，則比汽油約高260%以上。

另一個是降低提純二氧化碳的成本，據測算，空氣中二氧化碳含量為400ppm，轉化為可使用的高純度二氧化碳則需要提純2500倍，過程中所需的費用與材料都相對較高。即使使用較低成本和較簡單工藝路線的幹濕轉換法，獲取高濃度二氧化碳的成本也高達千元人民币/噸。如果在高濃度的排放源中捕集，還需要高額的投資、運營、運輸成本。

第二步的商業化應用将着重于中間環節技術的突破，降低轉化過程中的高能耗與高排放。

将甲醇轉化成澱粉需要通過技術手段将碳分子用搭積木的方式連接在碳鍊上，而每增加一個碳分子在碳鍊上，都需要消耗巨額能量并産生碳排放。從整個技術合成過程的角度來看，其帶來的碳排放對碳中和的影響是負面的。

目前該成果還處于實驗室階段，距離實際應用還有很長的距離，但不礙于我們現在對其未來應用的設想。

一是可以解決糧食危機，緩解耕地緊張，減少化肥、農業對環境的危害

據由聯合國世界糧食計劃署、糧農組織和歐盟于2016年成立的全球應對糧食危機網絡（FSIN）發布的《2021年全球糧食危機報告》顯示， 2020年在55個國家/地區内至少有1.55億人陷入“危機”級别或更為嚴重的突發糧食不安全狀況，比上一年增加約2000萬人。報告警告，自2017年報告首次發布以來，突發糧食不安全問題一直在加劇，絲毫沒有停息，這一趨勢令人憂慮。

此外，在報告所反映的55個存在糧食危機的國家/地區中，2020年有超過7500萬五歲以下兒童發育遲緩(矮小)，1500多萬兒童體型消瘦。

如果能夠有大量的人工合成澱粉，我們就可以生産各種各樣的材料和食品，保障人們的糧食安全。此外，将傳統的農業生産搬到工業車間中，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，緩解氣候問題

自工業革命以來，由于人類活動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。

如果可以将二氧化碳大量的捕集起來轉化為澱粉，就可以極大地緩解二氧化碳排放所造成的環境問題。

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。如果可以通過技術手段轉化為澱粉，則可以有效解決探索人員的能量供給問題，有利于人類開展長期的星球探索。

正所謂羅馬不是一天建成的，科學成果的應用轉化也需要時間的積累，科研人員堅持不懈地努力。作為普通人，我們還需要理性、客觀的看待事物的發展。

人工二氧化碳合成澱粉技術的突破，對我國碳中和、糧食安全、太空探索等領域具有重要指導意義，但目前還停留在實驗室研究階段。二氧化碳被氫催化成甲醇所面臨的成本以及搭積木産生的高能耗，高排放等問題還亟需解決。

雖然存在衆多難點，但最重要是走出第一步。馬延和團隊六年磨一劍，為我國科技事業取得了曆史性成就。老一代科學家心系祖國、艱苦奮鬥、精誠報國的優秀品質，堅持國家利益和人民利益至上的情懷，着力攻克基礎前沿難題和核心關鍵技術的行動，帶給我們攻堅克難的無窮精神力量。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!