解读这个震惊世界的消息:“空气变馒头”,中国人工合成淀粉

发布于 2021-09-26 23:37

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艳阳视界
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前天有一则新闻震惊到了我们，那就是中国科学家通过六年的科研攻关，在人工合成淀粉方面取得了颠覆性、原创性的突破。 


取得这项成果的是中科院天津工业生物技术研究所的一支科研团队，成果于北京时间24日在国际知名学术期刊《科学》线上发表。
 

这项技术为啥说是划时代的黑科技呢？因为开启人类未来世界的钥匙有两把，一把是无限的清洁能源，一向是无限的食品供应。
 
第一把钥匙，目前寄希望于可控核聚变，谨慎乐观的说法是还需要50年，虽然70年前科学家也这么说。
 
中国的核聚变研究世界领先，位于合肥科学岛的托卡马克装置EAST保持着1.2亿度101秒和1.6亿度20秒的等离子运营世界纪录。
 
按照原计划，中国聚变工程试验堆将于2021年开始立项建设，2035年开始大规模科学实验，2050年聚变工程试验堆实验成功，然后开启商业化聚变堆建设。
 
第二把钥匙，也具有划时代意义，毕竟民以食为天，粮食是人类赖以生存的重要物质，粮食的供应是制约人类活动和发展的很重要因素。
 
比如漫长的太空旅行，粮食是个极为棘手的问题。我们的空间站，要给宇航员配上足够的食物。而科幻作品中，为了节约食物，常采用在休眠仓中休眠。
 
在科幻片《火星救援》中，男主角也不得不在火星上种植土豆养活自己。而《星际穿越》，也是因为农业生产导致粮食危机，人类必须寻找新的家园。
 
自古以来人类之间的打打杀杀，无非就是利益之争和生存空间之争，包括抢钱抢粮抢女人，也包括抢资源、抢市场、抢能源（石油）。
 
如果能掌握了这两把钥匙，人类生存和发展，就没有了能源和粮食的制约，那还打个什么劲儿，不如一切携手奔向共产主义了。
 
在人类食物中，淀粉、脂肪和蛋白质，被认为是人类赖以生存的三大营养物质。其中淀粉提供了人类最主要的能量来源，约占一个人一日所需热量的65%。
 
在玉米中，淀粉含量约73%，小麦中淀粉的含量约为60%至70%，而大米中的含量高达70%至80%。它们是通过叶子的光合作用合成的，原料是二氧化碳和水。
 
但是植物的光合作用转化效率太低，实际生产中通常仅有1%，最大可达2%，而且植物的生长周期很长，严重制约了农业生产。

 
中科院天津工业生物所的这项成果牛在哪里？牛在摆脱了植物的光合作用，摆脱了细胞系统，采用纯工业搭建的反应平台实现了快速的淀粉合成。
 

最终通过核磁检测发现，该人工合成淀粉分子与天然淀粉分子的结构组成一致，也就是两者没有区别。
 
这种技术，主要包括11步化学反应。先把二氧化碳加氢还原为甲醇，然后被酶转化为三碳和六碳糖单元，进而聚合为淀粉。其中的氢气，是通过光伏发电电解水而来的。
 
根据数据推算，这种人工合成方法，从太阳能到淀粉的能量效率是玉米的3.5倍，淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍。
 
按照目前的技术参数推算，在能量供给充足的条件下，1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于5亩土地玉米种植的淀粉年平均产量。
 
一旦这个实现了工业化批量生产，那么几乎可以认为是彻底摆脱粮食危机和耕地制约了，人类的发展进入了新纪元。
 
更重要的是，现在困扰我们的碳达峰和碳中和问题，会得以彻底解决。2020年9月，中国向世界庄重承诺，2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和。
 
什么叫碳达峰？就是二氧化碳的排放达到最大值，然后开始下降。这意味着中国要想实现经济增长，必须要寻找更多的清洁能源。
 
最近各地为什么史无前例的拉闸限电，归根结底就是电力缺口太大，电力供应严重无法满足电力需求。
 
为什么发电跟不上？很重要的原因就是受节能减排的制约，煤电发展受限，而水电、风电、太阳能又不给力，但国际订单非常多。
 
我们这边一边勒紧裤腰带节能减排，一边给发达国家生产物美价廉的商品，还要背负碳排放第一大国的恶名，出力还不讨好。
 
所以我们必须要产业升级，一方面发展新能源技术和碳捕捉技术，一方面要生产高附加值产品，逐渐淘汰落后高耗能、高排放的企业。
 
在这种背景下，人工合成淀粉技术就变得极为令人瞩目。之前人见人嫌的二氧化碳，搞不好彻底变废为宝，成为大家争抢的新型资源。
 
需要注意的是，这项技术仅仅是0→1的突破，只是在实验室实现了少量制取，只是原理性的突破，要想在实现工业化规模化生产，还有很长的路。
 
从本号的直觉来看，一项技术实现突破，如果接近工业化了可以量产了，团队是不会把成果发到《科学》杂志上的，而是会进入保密阶段，并偷偷申请专利。
 
工业化生产，首先就是成本的控制问题。光伏发电和电解水制氢已经可以工业化了，甚至二氧化碳加氢制取甲醇也已经工业化了，但成本依然没有优势。
 
 
目前的技术路线中，也提到了作为催化剂的生物酶，但这种酶是否可以批量生产，酶的稳定性如何，成本如何控制等问题，也都是工业化的难题。
 
还有，虽然该技术从太阳能到淀粉的能量效率是玉米的3.5倍，淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，但效率依然不高，速度依然不快。
 
虽然这个技术离工业化还比较遥远，但必须认识到，人类科技的进步从来不是一蹴而就的，都是一步步跌跌撞撞、蹒跚前行，最终走向成熟。
 
当初的火车比马车还慢，富尔顿发明的世界第一艘轮船，在港口被风暴吹散架了，莱特兄弟发明的人类第一架飞机，只飞了36米，只在空中逗留了12秒。
 
但他们都是划时代的发明，最终都改变了人类的生活生产方式。中国科学家第一次人工合成了淀粉，也将是一项划时代的黑科技，从此西北风香了起来！
杨艳阳
千秋事，几凭阑
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