世界首例，中国突破二氧化碳合成淀粉技术，空气也能成为粮食来源
2021年9月23日，中国科学院召开了本年度首次新闻发布会。
这场充满着匆忙意味的发布会，只为了宣布一件事情——中国科学院天津工业生物技术研究所完成不依赖植物光合作用，直接使用二氧化碳与氢气作为材料合成淀粉。
这项技术的成功意味着，我们可以直接将电能转化成人类可以吸收的化学能，对解决中国粮食供应问题，以及太空、深海等地区食物供应问题有着非常重大的意义。
中科院对于这项技术评价如下：
继上世纪60年代在世界上首次人工合成结晶牛胰岛素之后，中国科学家又在人工合成淀粉方面取得了重大颠覆性、原创性突破——国际上首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的从头合成。
为什么要人工合成淀粉
二氧化碳和水在阳光的作用下合成淀粉，这个反应在自然界并不少见。
只要有一个花盆，种植一颗绿色植物，就可以以最低的代价完成这项反应——光合作用。
但是植物的光合作用有着两项先天劣势：
1.植物光合作用效率多在0.3%~0.5%之间，只有极少数物种能够达到1%；并且植物光合作用产生的能量大部分都被植物本身消耗，合成的可收集淀粉数量极少，一般来讲一亩地的收成才够一个人一年的消耗。
2.植物生长对土地、水分、光照等要求高，并且培养周期长；这也是为何古代中国规划了庞大的漕运体系，就为了老百姓能吃上一口饭。
之前的科学研究已经证明，我们可以利用催化剂促进氢气与二氧化碳合成甲醇，再将甲醇转化为淀粉，而氢气可以通过光伏转换产生的电能电解水获得。
从原理上来讲，如果可以将上述过程工业化，就能够直接完成电能到人类所需碳水化合物的转换过程，对人类整体文明水平都有着不小的提升。
至少不至于在火星上还得种土豆
如何合成人工淀粉
这整个实验中的难点有两个就在于：1.如何找到能够促进氢气与二氧化碳合成甲醇的高效催化剂；2.如何通过甲醇直接合成淀粉？
氢气与二氧化碳合成甲醇的技术，世界上有不少实验室在做，但是无一不卡在了转换效率这个门槛上。
这也是二氧化碳合成甲醇，不过因为效率低下，主要角度还是废气治理
而根据天津工业生物技术研究所在《科学》期刊上发表的文章显示：目前所里已经在实验室中，完成了通过太阳能板产生电能——电解水产生氢气——使用催化剂将氢气与二氧化碳转换为甲醇的实验。
这整个过程能量转化效率超过10%，远超光合作用对阳光的能量利用率，在世界范围内也是顶尖水平。
冰岛的合成甲醇工厂
而这项成果之所以能称得上是“人工合成牛胰岛素之后的又一大成就”，就在于中科院的科研人员解决了甲醇合成淀粉的难题。
在自然界，甲醇作为一种有毒物质，很难被生物直接利用，自然也不存在甲醇合成淀粉的生命过程。
所以人工设计实现这个过程的难点就在于设计出一种原本并不存在的酶催化剂，完成甲醇——淀粉的转换。
中科院的科研人员采取了广撒网、深挖掘的研究方法，从动植物、微生物等31个物种中提取了62种不同的生物酶催化剂，横向对比，去劣存优，最终探索出一条使用十个不同的酶催化剂逐步将甲醇转化为淀粉。
整个合成过程历时11步，是同等条件下玉米合成淀粉速度的8.5倍，并且对生产场地需求较低，按照论文第一作者、中科院天津工业生物技术研究所副研究员蔡韬的说法：该实验向设计自然、超越自然目标的实现迈进了一大步。
人工淀粉的广阔用途
目前，人类通过大量种植农业作物的方式固化太阳能，生成生存与工业所需的各种淀粉资源。
但是，实际上农作物合成淀粉效率极低，在玉米等作物中，合成淀粉需要经过60多复杂的代谢反应和生理调节，这是的玉米的太阳能转化率仅有2%不到。
人工淀粉合成方法一方面简化了这个过程，而另一方面目前中科院太阳能——淀粉的能量转换效率在10%以上。
清空下每平方米太阳能功率大约为14W，各地全体的日照辐射换算成标准日照大概在3~4小时，按照人类70W的平均功率来说，20平方米不到的光照面积就能供应一个人一天所需的全部碳水化合物。
这可比种地简单多了
再者说，电力的来源远远不止太阳能这种低效的方式。
在水电站附近建设大型淀粉生产厂是一个目前看来呼之欲出的构想。
大江大河在提供电能的同时，还有着丰富的水与水运资源。
外加上中国西部地区原本就是能源丰富、粮食紧缺的状态，这项技术的诞生，对于减轻粮食储运压力，也有着深刻的意义。
总结
当然，对于这种新兴技术我们也不能一味地捧杀，我们还是需要认识到中科院的这项技术目前还是处于实验室状态，低效率+高成本肯定是技术工业化前最难迈过去的两道坎。
但是如同，法拉第被人问及发电机的作用时讲的那句话一样，“夫人，一个刚刚出生的婴儿有什么作用呢？”
淀粉合成设备
现在人工淀粉合成技术在可以预见的十年之内，依旧可能没有办法直接改变我们的世界。
但是，好歹我们把通向未来更加高级的能量转换方法的大门打开了一条缝隙。
并且，我们可以自豪地讲，这条缝隙是由我们中国人打开的。
中科院，牛！