二氧化碳变淀粉的魔法

■ 文/林宽雨

说到淀粉，同学们应该不会太陌生。它是我们一日三餐中的米饭、面条、面包、玉米等食物中的主要成分，是爸爸妈妈为我们做美味佳肴时勾芡的首选。不仅在食物领域，淀粉在工业领域同样应用广泛。比如，用淀粉制麦芽糖、葡萄糖、酒精；调制印花浆、纺织品的上浆，等等。

淀粉的用途如此之广，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。怎么办呢？没关系，我国的科学家通过人工合成，成功将温室气体二氧化碳变成了淀粉。此举真是一箭双雕。那么，科学家是如何将二氧化碳转变为淀粉的呢？跟随我，一起看一看其中的奥秘吧！

自然淀粉产量不足

我们都知道，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。然而，这个生产过程有3个比较大的缺点：一是用来生产淀粉的农作物的种植通常需要较长的周期，且需要利用大量土地、淡水、肥料等资源，投入比较大；二是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；三是经过这么一系列复杂的操作过后，理论上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。

淀粉也可人工合成

大自然生产不给力，促使着人们想其他办法制造淀粉。这不，我国科学家就成功合成了淀粉。那他们是如何自己动手造淀粉的呢？

简单来说，科学家制造淀粉的方式就像搭积木一样，将碳一化合物搭建成多碳化合物，具体搭建过程可以概括为：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，把碳三化合物搭建成碳六化合物；最后，再次搭建，就得到所需要的多碳化合物——淀粉啦！

人工合成淀粉优点多

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。

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。

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，合成速度是玉米自然合成淀粉速度的8.5倍，合成效率也从自然合成的2%左右提升到了10%以上。

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。

4.缓解粮食危机

我国虽然地域辽阔，但耕地面积仅占国土面积的16%左右，粮食问题一直很严峻。人工合成淀粉技术的出现，有助于缓解粮食危机。

5.为“碳中和”作贡献

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、节能减排等多方面降低二氧化碳的含量。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。

能量是个难题

优点如此之多，相信大家都希望这项技术能够快速被应用到实际生活中。虽然目前科学家们已经在这项技术上取得了重大突破，但要让它被广泛应用，还有不少问题需要解决，比如能量问题。

通过二氧化碳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。

助力火星安家

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。