如何看待“中国首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的从头合成”？ 第1页

淀粉由许多葡萄糖单元通过糖苷键连接而成，是粮食的主要成分，是人和畜禽重要的食物能量来源，也是广泛应用的工业原料（造纸、塑料等），目前主要由玉米、小麦、红薯等农作物通过光合作用固定二氧化碳产生。在植物体内，这个过程涉及大约 60 步生化反应、复杂的生理调节，理论上总体能量转换效率在 2% 左右。

题目谈论的事件是，中科院天津工业生物技术研究所的科学家们设计了由来自多种生物的工程重组酶催化、主要包含 11 步化学反应、用二氧化碳和氢气合成淀粉的合成路线。二氧化碳首先被无机催化剂还原为甲醇，然后被酶转化为三碳和六碳糖单元，进而聚合为淀粉。该路线的理论能量效率为 7%，在氢气驱动下，每分钟每毫克催化剂产生的淀粉的量理论上可以达到同样指标下植物理论性能的 8.5 倍（用这个作为指标是胜过大田种植农作物的），值得称赞。

不过，“农作物自行取得太阳光能”与“人为朝生物反应器供应能量”是不太一样的，后者能源密集，且涉及现代发电与传输过程的各种成本与损耗。在不考虑能量来源的情况下，一立方米生物反应器的淀粉年产量理论上可以相当于种植 1/3 公顷玉米的淀粉年产量——你看看这个前提好了。

目前，用这项技术生产淀粉的总成本远高于通过农作物生产同样多的淀粉。

你可以称赞我国科学家“为创建具有自然界前所未有的功能（例如从甲醇合成淀粉）的生物系统提供了新的科学基础”，“如果未来能将总成本降到跟种植农作物相似的话”就可以谈“节约种植农作物所用的淡水和耕地约 90%，并避免使用农药、化肥等污染环境”，进而在未来帮助改善人类的粮食安全、促进碳中和生物经济和长远来看可持续发展的社会。

如果你喜欢，还可以谈“二十一世纪毕竟还是可能是生物的世纪的”。

在这里谈“可控核聚变”是不适当的。输出小于输入的可控核聚变早已实现，那不能用来供应能量。输出大于输入的可控核聚变即使能实现，在近未来不考虑技术奇点的情况下其电价将是非常高的，很难与太阳能、风能、水能之类竞争。这是在说，即使没有可控核聚变，人工制造糖类的技术的有效性也不会有任何减损。

利用人工收集的太阳光能将二氧化碳固定为有机物实际上属于“人工光合作用”。寻找效率更高的合成路径或更适合的产物，将效率推到人工光合作用商业化所需的 20% 以上，也是可行的思路。你不一定要关注淀粉，合成到葡萄糖（作为食物）或乙醇（作为燃料）为止试试看。

此类反应所需的氢气可以由太阳光分解水（直接分解和转换为电能再电解都可以）来提供。

• 中科院大连化学物理所的研究人员通过精确调控钒酸铋光催化剂氧化和还原反应晶面的暴露比例，使光催化水氧化反应性能得到优化，在 Fe3+/Fe2+ 离子对作为储能介质的条件下，从太阳能到氢能的转化效率超过 1.8%；该反应的理论最高效率可达 15% 以上。

在可预见的未来，在航天器和地外居住区用大量能量和相应材料去合成人体需要的全部营养素并保证散热的效率，是远低于培养节螺藻、小球藻之类并打破细胞壁加工为食物的。

先说一下，电解是我的本行，本来想多交流制氢的，不过看来干这行的太少，所以才会总有人拿氢气成本来质问我。

其实干这个的一说就明白了，为什么我说的是废电，为什么说不计折旧而且是连续化，因为电解水最主要成本就是电费和折旧。我把成本放到一个最理想化状态，不止电解，包括水处理、加热都按照废电，如果能做到（其实就是投资问题），氢气成本确实很低，而且还有其他副产品可以抵消成本。

至于后面工艺，也是按照预计的工业化来的。很多实验室成本很高的工艺，到大生产反而成本大大降低。例如70年代小化肥厂一吨化肥耗费1000度电，但是后来的大化肥厂据说能耗1度电，因为效率大大提高，能量也可以综合利用。

至于酶的成本，一来咱们不知道到底成本多少，二来生产上是不是可以很长的寿命，所以不要上来就说成本高得吓人，大生产也不可能催化剂只用一次。或许下一步就有效率差一些但寿命很长的催化剂出现。

以下是原回答：

下面大致计算一下合成淀粉的运行成本（不包括投资折旧安全环保之类的，同时不采用工业电价而是废电成本）：

1、光伏发电。据说现在成本已经降至0.1元/度，如果采用废电，成本计算可以更低，假设按照0.05元/度。

2、电解水：按照理论，一度电大致产生30g氢气，当然效率不会百分百。氯碱工业可以在95%以上，电解水据说低一些，咱们按照一度电大致产生25g氢气计算，一公斤氢气是两元成本。但实际上，电解往往还有其他产品，例如氧气、氯气、烧碱等等。即使电解水只有氧气一个副产品，也可以给氢气降低很多成本了。咱们就按照氢气成本再打折，一元每公斤，也就是1000元每吨。不过咱们先不考虑副产品的价值，氢气还是按2000元/吨计算成本。

3、工业二氧化碳没查到价格，就按照前些年老价格300/吨。按照方程式，44吨二氧化碳+6吨氢气，生成32吨甲醇。甲醇成本790元/吨。考虑其他成本和产率，咱们按照1200元/甲醇计算。

4、甲醇变淀粉，据说还有9个步骤，假设每个步骤工业化产率90%，那就是收率0.4以下，也就是说单从原料成本，淀粉生产3000元/吨。考虑到其他成本，而且是连续化生产并且不算折旧，应该不会低于5000元/吨。

肯定是比现在淀粉价格高，但是如果能够降低原料成本，提高每一步效率，例如每一步产率95%以上，淀粉生产成本可以控制在2500元以下。

更何况从节约土地、粮食储备、快速生产等角度说，功德无限。

总结一下，一个正常消息和一个好消息：

正常消息就是还在小试阶段，离着工业化还有相当距离。

好消息就是看来基本上是成熟工艺的组合，如果加大投入研发，不用等到核聚变，就能用上合成淀粉了。

首先需要说明的是，这个反应真正的起始原料还是甲醇。二氧化碳和氢气一开始先合成甲醇，这个过程目前还是低效的，并不能像玉米一样利用空气中低浓度的二氧化碳，而且需要大量的能量输入。

这个工作真正厉害的地方在于：它最终目的是解决“如何在不种地的情况下用电（能量）和二氧化碳喂猪（生产食物）”的问题。人类现在只能用电点灯，用灯种玉米，用玉米喂猪。如果能用电和二氧化碳直接生产淀粉喂猪，那么就不用种地了。而在不讨论它离应用生产有多远的情况下，目前这项研究解决的问题是“怎么用甲醇喂猪”。想达到用电喂猪，还需要解决“电从哪儿来”和“怎么用电和CO2生产甲醇”这两个问题。前者就是人类的能源问题，后者被称作“高效固碳”，也是化学界一大经典难题。

等成功工业化后，就可以在国际上宣扬“植物的命也是命”，凡是通过种植生产粮食的行为都是残忍的，只有从中国买合成淀粉才是爱护生命的行为（手动滑稽）

好家伙，加上光伏发电岂不是实现工业化光合作用了？妈妈再也不用担心我的碳不中和了，利好光伏风电碳中和。以后天然粮食不用喂猪(以及人)了，全拿来酿酒，利好茅台。