我国科学家突破二氧化碳人工合成淀粉技术，这一突破对当下及未来会产生哪些影响？

吓得我赶紧买根玉米压压惊，搞不好哪天就买不起了……

成果团队来啦！

非常荣幸邀请到了研究团队，中国科学院天津工业生物技术研究所的孙红兵、蔡韬、王钦宏三位老师，来给大家讲讲整个研究的情况。

大家都在转发的这张图里就是可爱的蔡老师~~

正文开始前，先把大家关心的几个问题说一下（问答的内容是编辑根据个人理解和与团队交流写的，未经科学家审核。正文由科学家撰写并审核。）

1. 以后都不用种地了吗？

不是的。首先，目前的研究成果还处于实验室阶段，其次，后期考虑先替代工业淀粉。

2. 这项研究厉害在哪儿？

自然界的淀粉合成需要60多步复杂的反应和精细的调控，目前，这条人工合成路径只需要11步！能让我们未来能够像工业发酵生产啤酒一样生产淀粉。

这是一项中国科学家做出的原创性重大突破，由中科院天津工业生物所科研团队联合大连化学物理研究所完成。

这里需要特别注意的是，科学家们并不是将60多步删删减减，就得到11步，而是重新设计出了一条路。

他们首先从很多种生物的生物化学反应中，计算出了一条极简路径，但是这个路径是计算出来的，实际操作中各个步骤之间不太兼容，比如所需要的反应条件不太一样。科学家们又通过模块化思维，选择不同的反应过程，才摸索出了这条11步的反应路径。

然后，科学家们又通过蛋白质生物工程改造手段和反应时空分离，提高反应效率和速度。

就是现在大家看到的这个人工合成方法啦！

3.和天然合成的淀粉相比，味道如何？

这……也不舍得品尝啊！！

不过，现在的方法已经可以实现直链淀粉和支链淀粉的可控合成了！

4. 关于能耗和成本

知友们都非常专业，为大家点赞。

不少人关心能耗问题，目前研究处于实验室阶段，生产全程的能耗还没有准确计算，但是工业化之前这个问题大家一定能得到答案，一步步来。

还有不少人问成本，同样的原因～再次强调，研究目前还处于实验室阶段，别的不说，就说酶，酶有多贵如果不知道的话可以问一下学生物的朋友……这也是大规模工业化之前必须解决的问题，一步步来。

5.接下来还会做什么？

虽然现在的结果非常振奋人心，但是理论上，这一方法的能量利用效率和合成速率比现在的结果更高，科学家们还将继续优化这一过程，冲击更高的反应效率和速度！

正文开始：

淀粉是小麦、玉米、大米等谷物粮食中最主要的成分，也是重要的工业原料。不过目前，人类主要通过农业种植来生产这种复杂的多碳化合物。

如果现在告诉你，我们用一种气体就可以直接合成淀粉，你会不会觉得像魔法？

而这，正是科学家在做的事情。

近期，中国科学院天津工业生物技术研究所在淀粉的人工合成方面取得重大突破性进展，国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成，相关工作于北京时间2021年9月24日发表于国际顶尖杂志《科学》。（论文链接：DOI：10.1126/science.abh4049）

为什么要尝试人工合成淀粉？

粮食安全是国家安全的重要基础，我国一直积极推进农业生物技术进步，从遗传杂交育种到分子设计育种，从转基因新品种培育到基因编辑技术育种，我们一直在追赶着国际科技前沿。

有没有可能“换道超车”？

其实人工合成淀粉的想法由来已久，即使是替代一部分粮食淀粉作为工业原料、甚至饲料，也是对缓解农业压力的巨大贡献。

合成生物学被认为是影响未来的颠覆性技术。模拟自然作物光合作用，重新设计生命合成代谢过程，设计人工生物系统,不依赖植物种植进行淀粉制造，潜藏着惊人的变革前景。的确这条路线存在很多的不确定性，科学问题复杂，技术路线不清、瓶颈问题难测，但是，科学研究就需要大胆的实践、勇闯无人区。

国家要求我们，敢于走前人没走过的路，努力实现关键核心技术自主可控，把创新主动权、发展主动权牢牢掌握在自己手中。我们科技工作者要有强烈的国家使命感，面向国家重大战略需求，在科技工作中做出重大创新贡献是我们的责任担当。“从二氧化碳到淀粉的人工合成”工业路径是事关长远和全局的科技战略制高点。

学习植物，利用科学，我们解决了两个问题

从二氧化碳到淀粉，也就是从C1（碳一化合物）到Cn（多碳化合物）的过程，并不容易。

自然界中，玉米等农作物中淀粉的合成与积累涉及约60步代谢反应以及复杂的生理调控，但是理论能量转化效率仅为2%左右。

人工合成淀粉的路，怎么走得又快又好？

首先，我们设计了一条从C1（一碳化合物）到Cn（多碳化合物）的新路径。

针对植物只能利用空气中低浓度二氧化碳（0.04%）、低能量密度的太阳能（10 w/m2）、生长周期长（3-4个月）、天然淀粉合成途径长（大约60个步骤）、催化效率低（需要关键酶RuBisco）等关键问题，科研人员耦合化学催化与生物催化技术，充分发挥化学催化速度快与生物催化可合成复杂化合物的优势，从头设计和构建了从二氧化碳到淀粉合成只有11步反应的人工途径(Artificial Starch Anabolic Pathway, ASAP)，在实验室中首次实现了从二氧化碳到淀粉的全合成。

受天然光合作用的启发，科研人员在太阳能分解水制绿氢的技术上，进一步开发了高效的化学催化剂，把二氧化碳还原成甲醇等更容易溶于水的一碳化合物（也就是C1），完成了光能——电能——化学能的转化，该过程的能量转化效率超过10%，远超光合作用的能量利用效率（2%），也为后续进一步采用生物催化合成淀粉奠定了理论基础。

第二，我们用“搭积木”的思维解决了适配性问题。

人工合成淀粉的最大挑战在于，天然淀粉合成途径是通过数亿年的自然选择进化而成，各个酶都能够很好地适配协作，而人工设计的反应途径却未必如此完美。

为了解决酶的适配问题，基于每个模块终产物的碳原子数量，科研人员采用“模块化”——“搭积木”的思路，将整条途径拆分为四个模块，分别命名为C1（一碳化合物），C3（三碳化合物），C6（六碳化合物）和Cn（多碳化合物）模块。每个模块的原料和产物都是确定的，但是可以有多种反应过程，科研人员要做的，就是到四个模块最佳的组合方式。

科研人员在解决了热力学不匹配、动力学陷阱等问题后，对各模块进行不断地测试、组装与调整，最终成功创建了1.0版途径，实现了人工淀粉的实验室合成，该途径包含了来自动物、植物、微生物等31不同物种的62个生物酶催化剂。

在此基础上，科研人员采用蛋白质工程改造手段，对1.0版途径中的三个关键限速步骤进行了改造，解决了途径中的限速酶活性低、辅因子抑制、ATP竞争等难题，得到2.0版途径。

在2.0版途径中，生物酶催化剂的用量减少为1.0版本用量的50%左右，淀粉的产率提高了13倍。

进一步地，与二氧化碳通过化学法还原生成甲醇的反应偶联，构建出包括一个化学反应单元和一个多酶反应单元的3.0版本，通过反应时空分离优化，解决了途径中的底物竞争、产物抑制、中间产物毒性等问题，建立了生化级联反应系统，淀粉的产率又提高了10倍，并可实现直链淀粉与支链淀粉的可控合成。

可以说，该人工系统将植物淀粉合成的羧化-还原-重排-聚合以及需要组织细胞间转运的复杂过程简化为还原-转化-聚合反应过程，目前，根据数据推算，使用人工合成方法，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。

认识自然，学习自然，超越自然

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，这一成果使淀粉生产的传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能。

工业车间制造淀粉一旦成功，与农业种植相比，将有机会节省超过90%的土地和淡水资源，而且可以消除化肥和农药对环境的负面影响，这对提高人类粮食安全水平，促进碳中和的生物经济发展具有十分重大的意义。

可以想象，到时我们所需的淀粉，可以利用空气中的二氧化碳作为原料，通过类似生产啤酒发酵一样的过程，在生产车间中制造出来，这将对未来的农业生产、特别是粮食生产具有革命性的影响，而且对全球生物制造产业的发展具有里程碑式的意义，是一项具有“顶天立地”重大意义的科研成果，是典型的“0”到“1”的原创性突破。

该研究是科研人员从认识自然，到学习自然，再到超越自然的过程。通过学习、研究自然光合作用，使用自然界存在的来源于不同动物、植物、微生物的酶进行理性组合设计，并且耦合化学催化、生物催化的各自优点，创建的一个新型人工淀粉合成途径。

不过，虽然目前设计、创建超越自然的人工生物系统生产淀粉取得了突破性进展，但要真正实现以二氧化碳为原料工业制造淀粉，依然任重而道远。相信在科研人员的不懈努力下，未来的“淀粉生产工厂”并不遥远。

出品：科学大院 转载请联系 cas@cnic.cn

特别感谢：中国科学院科学传播局 中国科学院天津工业生物技术研究所

最后，想说说自己的一点感受。（以下内容未经科学家审阅）

淀粉，是人类刻进DNA的需要和爱好。

植物掌握了利用阳光将二氧化碳转化成淀粉的方法，找到了太阳下的勃勃生机，人类的祖先则发现了植物种子中蕴藏的能量，开辟了地球上的全新时代。

现在，科学家们创造出了这种淀粉人工合成的方法，又将带来哪些变化？

让我们拭目以待。

太长不看版本：

人类首次完成二氧化碳到淀粉的转化 再也不用去火星种土豆了

这是一项具有改变人类历史突破的研究进展，人类首次完成了替代植物光合作用获取淀粉的方法。

虽然现在还面临着成本高，工业转化难等等问题，但这是一个从0到1的突破，这意味着只要我们在这条路上持续的走下去，总有一天，我们会完成工业化批量生产淀粉的事业，我们不再依赖与大量的土地种植，使得我们真正的从农耕文明走向更高的文明阶段。

而且这项研究，还将为人类的太空探索提供重大的助力，再也不用考虑去火星种土豆了，建立一个淀粉生产工厂，就可以代替一个巨大的土豆农场。

我们的征途，必将是星辰与大海。

以下是太长版。

我们国家的科学家们，不声不响的搞了一个大新闻，一个诺奖级别的突破。

今天起床看到合成生物学的圈里都炸锅了。甚至因为官方的宣传，在圈外也炸锅了。

先说下我自己评价，绝对的突破性的进展，但从实验室到工厂还有很长的路要走，所以玉米还得种，而且可能还要种上好多年。

先说说这个技术的突破性，有多大呢？相当于人类用了另一种方法完成了光合作用。

我们人类的能量来源，工业化的可以使用煤炭，石油，电能，光能等等，但是人类自身，使用的能源一直很单一，作为细胞能源的硬通货ATP，还记得上学时候学的三羧酸循环不？

糖类、脂类、氨基酸，通过这个循环最终实现细胞的供能。来考一考，一个葡萄糖可以生成多少个ATP?（选项A38 B32 C30 D36）

而糖分作为最重要的供能体，我们获取的来源基本都是自然界中的植物。植物中糖分的来源，也就是传说中的光合作用。

6CO₂+6H₂O（ 光照、 叶绿体）→C₆H₁₂O₆[(CH₂O)ₙ]+6O2

这是一个中学生物都学过的反应式，但如果仔细探索下其中的过程，你会发现其反应及其复杂，需要几十个步骤。这个复杂程度到，生命科学进展到今天，合成生物学都已经开始合成生命了，而我们刚刚能从二氧化碳合成淀粉。

而这项突破性的技术，我国科学家用了一种更为简单，也是可以有望工业化生产的方法，来人工合成淀粉。上一个让人如此激动的成就还是人工合成蛋白质。当然蛋白质的合成不光是有科学意义，更具有哲学意义。

这项实验，为了模拟光合作用，选择了从光能到电能在到化学能的前置路线，就是用太阳能发电，然后用电能来电解水得到氢气，在通过化学手段把氢气和二氧化碳还原成甲醇。这部分属于化工合成阶段。

从光能到电能，从二氧化碳+氢气合成甲醇，在国际上已经有了很多突破性的研究，比如华东师大就在上个月发表的论文，他们找到了一个新的催化剂，大大的提高了二氧化碳+氢气转化为甲醇的转化效率。这些化学方面的研究的成果都会对现在这项研究提供助力。

接下来进入了生物酶促反应，实验人员改造了10种不同的生物酶，这些酶原本来自于动物，植物或者是其他微生物，最终从62种酶中优选出了10种并加以改造，然后一步步的把甲醇转化成了淀粉。

同时不得不提的是，实验团队人员用用计算机模拟设计了非常多的合成途径通过模块化的组装和适配完成了最终实验。

这系列操作就是经典的合成生物学领域的操作。这10种酶促过程，就是本次突破的精华。也是合成生物学领域中无细胞体系（cell free）的一个重要突破。

从产物来说与植物生成的淀粉无差别。并且这种合成淀粉还是可控的，不管是链长还是结构都可以控制。

这为以后工业化批量生产淀粉提供了一条可以走得通道路。

那么未来还要做那些事情？

第一就是降低成本，目前的这系列反应中，成本最高的还不是大家关注的能源成本，而是酶促反应的酶。不搞生物的同学可能无法理解，一小管酶就大几千，超过等重黄金价格也不是什么稀奇事情。如何降低酶的生产成本，以及提高酶的利用效率是非常重要的研究方向。让一个酶能更长久的使用，比如固化酶或者其他方式。这是生物学家要研究的方向。

其次是降低能源获取的成本。这次实验中为了模拟光合作用，所以是利用的太阳能，那如果改用核能呢？说个极端点的，万一哪天没太阳了呢？

这时候就非常期待可控核聚变了，假设人类不在被工业能源获取所困扰的时候，同步的可能也不在会被自身的生物能源所困扰。这些就要期待物理学和工程学上的突破了。

虽然在研究中从能效转化来看人工途径的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，但目前从成本来看还是不值的，还是种玉米来的划算。

但也并不是所有地方都不值得，有一些极端的高成本地区是可以尝试使用的，大家想想在哪里呢？

太空！我们的征途，是星辰和大海！

我们看火星救援都考虑过种土豆的问题，上次带回来的月壤，第一热搜就是月亮上也没法子种土豆。

种土豆的意义是什么？还是为了获取淀粉。那我们现在只要有能源，有二氧化碳，有水，就能合成淀粉。

别忘了火星上哪个充满了二氧化碳的大气层，以及地下水，能源的话在核能用不起来的时候可以考虑太阳能和风能。

也就是说，这个突破不光能解决地球上的事情，甚至能解决火星上的事情。

下图是我国合成生物学领域的赵国屏院士总结的从2000年以来的合成生物学的代表性进展。二氧化碳合成淀粉的这一突破，也绝对能在未来的这张表里占到一个重要位置。

论文可以在Scihub下载，DOI 10.1126/science.abh4049

事先声明：我不是生化环材专业，但是英语还可以，论文里不涉及专业知识的部分还能看懂，本文部分参考了几位生化环材方向专业朋友的意见。

简单点说，反应过程就是：

CO2→C1（分子内1个碳原子的有机物，下同）→C3→C6→Cn（即淀粉），从无机物到有机物的过程是第一步。

团队对ASAP（artifical starch anabolic pathway，人工淀粉合成路线）进行了多次迭代

• ASAP1.0解决有和无的问题，上面链条的每一步都有多种不同的路径选择，最终选择了CO2→甲醇的这条路线

• ASAP2.0优化了反应效率
• ASAP3.0（最终版）将化学反应（CO2氢化）和后续的生物酶反应结合起来
• ASAP3.1：在最后一步使用了从Vibrio vulnificus（一种弧菌）中获得的酶（Starch Branching Enzyme）来生成更接近现实中淀粉结构的直链-支链淀粉比例。

不过需要注意的是，目前这个合成路线还是实验室阶段，ASAP3.0的生产效率是410mg/L/小时。

By using spatial and temporal segregation of steps, ASAP 3.0 achieved a high starch productivity of ~410 mg liter−1 hour−1 from CO2

同时反应中使用了大量生物酶，对于反应条件的要求会比化学催化剂更加苛刻。

至于能量转化效率，论文是这么说的，但是由于不是我的专业，只能等待方家解读了。

简单总结就是：

一项突破性成果，但是距离规模化工业生产还有一段距离，现在就想着“喝西北风”还早得很。

感谢科研人员们的努力，期待更多的好消息。

当下跟双黄连体外试验杀死新冠差不多。未来应该是超越人工合成胰岛素的伟大发明。

朋友下载了论文，我才带专学历，没看懂。直接洗稿群聊：

1，是酶化学，不是全化学合成。酶很贵，而且反应条件异常苛刻，反应温度可能相差一两摄氏度就不行了。如果是全化学合成，或许可以通过加大投料、提高反应温度和反应装置压力等方式提高反应速率。酶化学就没得搞了。

2，反应需要二氧化碳和氢气。氢气在当前很贵且存在储运难度。或许第一个商业化示范产线可以找个排放二氧化碳和废氢的化工厂就近取材。但是大规模应用的阶段必须解决氢气来源问题。

3，“能源充足”基本上是个伪命题。假如能源充足，我们可以直接从空气中提炼石油。

纳布·格拉姆(1826-1901)，比利时•法国发明家，1870年发明工业用电动机，被称为“电动机之父”。传说，当格拉姆向巴黎上流社会展示自己的发明时，一位贵妇不怀好意的发问：“请问您的发明能做些什么呢？”工人出身、学历不高的格拉姆不卑不亢的说道：“夫人，请问一个刚出生的婴儿能做些什么呢？”

【重大突破！我科学家首次实现二氧化碳到淀粉的人工合成】淀粉是人类最基本和最重要的食物，也是重要的工业原料。传统淀粉的生产主要靠玉米等农作物通过光合作用，将二氧化碳等无机化合物合成为淀粉，需要漫长的生长周期，对土地、水、肥料、日照等资源都有要求，能量的转化率也不高。

中国科学院天津工业生物技术研究所和中国科学院大连化学物理研究所的科学家们合作，探索出一条“无中生有”的技术路线，在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉分子的全合成。相关工作9月24日发表于国际学术期刊《科学》上。

多位中外专家评论认为，不依赖植物光合作用，设计人工生物系统固定二氧化碳合成淀粉，将是影响世界的重大颠覆性技术。这更让人们看到一种可能——农业可以由种植模式向工业车间生产模式转变，人类向设计自然、超越自然目标的实现迈进了一大步，为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础。

目前，这一成果尚处于实验室阶段，离实际应用还有相当长的距离。据介绍，科研人员正在针对工业化的问题进行攻关，比如解决酶的稳定性、活力、成本等问题，探索多条技术路线等，预计未来5到10年能够建立起工业化示范装置。（光明日报全媒体记者齐芳）

开启未来世界的关键钥匙共有两把：无限的能源，以及无限的食物。

现在看来人类已经掌握了一把，还差另一把。

如果两者同时具备，人类就可以不依赖于光合作用这种缓慢的合成方式，不受气候地理限制，直接在世界各地的工厂里高效率的生产食物、酒精、动物饲料、工业原材料等生活必需品，且不需要依赖长途输送。

与此同时，绝大部分的耕地都可以用来退耕还林，还原生态，改善环境。

由此可以很直观的得出一个结论，为了争夺生存空间而发动的战争也会彻底消失了，人类大同指日可待。

可以说，从人类文明诞生的那一刻起，人类就在期望着这样的世界到来。

当然，也不必对于寻找剩下那把钥匙过于悲观。

以目前人类的科技水准，即使是裂变堆的潜力也还远远没有发掘完，就算可预见的未来不能通过聚变堆获取无限能源，如果能用更多新型裂变堆发电厂取代现有的火力发电厂，人类的能源供应也可以达到一个远远高于现在的水准。

如果这个人工合成淀粉的技术能够得到进一步的改良，能源利用率再提高一些，那么配合未来大量普及的四、五代堆电厂，未尝不能在一定程度上改善粮食、燃料等方面的供应，从而缓解环境压力。

当然，最关键的还是要看我们的科学家们能否在可控核聚变发电领域取得进一步的进展了。

@鱼昆

所有的赞誉归于科学家，愿他们得到更多的皮卡牛排大豪斯。

PS：这技术难道不该给个炸药和平奖么？

这个描述看起来放在诺贝尔级别突破里面都排在前面的。

有改变世界的潜力啊，以后结合太阳能，沙漠变粮仓了？

《小灵通漫游未来》叶永烈著于1961年

…

　　在那些仪表旁边，写着一排排字：“人造淀粉车间”、“人造蛋白质车间”、“人造油脂车间”、“人造糖车间”、“成型车间”、“仓库”……她笑着说，“我是人造淀粉车间的车间主任，你就先到我们车间看看吧！”　…

很重要的工作。不要低估它的科学意义，但也不要过度解读淀粉的应用价值，文章提供的二氧化碳-葡萄糖合成路线比淀粉更重要。

首先讲科学意义：

1.真实世界的植物固碳通路，步骤繁琐：

目前我们的淀粉都是植物固碳，把二氧化碳（C1）通过Calvin循环最后形成C6化合物（譬如葡萄糖）。植物共有C3途径和C4途径两条固碳线路，我说了也不一定有人想看，我贴个图上来，让大家看看步骤有多繁琐。

植物固碳产生的葡萄糖，就可以直接利用了。但植物产多了，平时不用怎么办呢？那就囤起来呗。所以植物会在淀粉合酶的帮助下把葡萄糖聚合起来，形成淀粉，储存在种子、根茎等部位，以备不时之需。

2.之前很多人对人工固碳做了尝试：

之前有很多人尝试过将二氧化碳（C1）固碳形成多碳化合物。譬如用细胞固碳，有通过合成生物学优化固碳通路，提高生物固碳效率的^[1]，有优化大肠杆菌，用大肠杆菌固碳的^[2]，这两个都是生物固碳。

也有人把酶封装在液滴里，模拟出一个类叶绿体来固碳，这已经不是生物固碳了，它所使用的并非生命体^[3]；更有直接拿酶在纯体外固碳的^[4]。

3.国内这篇文章在人工体外固碳中是佼佼者：

目前这篇Science文章是拿酶直接在体外固碳，把繁琐的生物合成步骤，从几十步简化成十几步，化学合成路线做得短，是很聪明的做法，文章的科学意义很大^[5]。

另外，这篇文章并不是第一次纯体外固碳，但它从无机到有机和2016年那篇Science做的不一样，要关注一下这点。

我们可以简要理解下文章里的合成路线，注意这里不是纯无机合成，很多用到的催化剂都是酶：

很多人把文章意义放在产生淀粉上，但二氧化碳（C1）到葡萄糖6磷酸（C6）的合成路线优化更香啊！

然而由于淀粉更接近于自然粮食。文章把固碳做到了淀粉，我觉得更多是为了让整个文章的最终产物更接近自然粮食，文章升华。但这篇文章最大的价值还是在从二氧化碳（C1）到葡萄糖（C6）上。

其次说说应用价值，大家都把注意力放在淀粉上，但实际上这文章最重要的不是产生葡萄糖吗？

1.提供能量？用葡萄糖就够了啊：

淀粉不是人消化吸收最好的能量来源。

人在消化吸收淀粉时，会先将多聚葡萄糖（淀粉）转化为二糖，之后再转化为单糖，最后被人体吸收。供能用葡萄糖效率更高，不需要用淀粉。所以你看我们都会直接注射葡萄糖。

但淀粉有什么好处呢？淀粉给了缓慢吸收的过程。

长期葡萄糖输注，会导致你血糖升得快，降得也快。我来了，我走了，我又来了，我又走了。然后你的胰岛气到爆炸，每天都是007不停产胰岛素。

最后你胰岛素抵抗，变成糖尿病。

淀粉比葡萄糖好一些，它吸收需要步骤，所以升糖慢，对胰岛细胞压力没那么大。这只是相对于葡萄糖而言。大家保护胰岛，建议多吃粗粮。

但真到了粮食紧缺的时候，不会使用淀粉，而会直接使用葡萄糖。因为到了紧急关头，什么能源最直接、最便宜，就用哪个。

2.吃人工淀粉，满足不了挑剔的胃：

我猜这里的人工淀粉大概率不好吃。前面提到，不同淀粉合酶有的形成支链，有的形成直链，造成了淀粉不同口感。

支链淀粉聚合的葡萄糖比较多，想象成一坨乱糟糟的线，吸水能力更强，含支链淀粉多的米饭水润蓬松（也就是穷苦生物民工最爱吃，也不得不吃的软饭）。

直链淀粉吸水能力差，含直链淀粉多的米饭硬实弹牙，可以用来做蛋炒饭，饭要粒粒分开，还要沾着蛋。

不同淀粉，聚合的葡萄糖个数不同，支链和直链比例不同，产生了丰富的口感。这是人工淀粉无法代替的。

最后综上，这是一项科学意义重大的工作。

但要注意重点是葡萄糖，葡萄糖，葡萄糖，而不要只看到淀粉。

参考

1. ^ A. Bar-Even, E. Noor, N. E. Lewis, R. Milo, Design and analysis of synthetic carbon fixation pathways. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107, 8889–8894 (2010).
2. ^ A. Satanowski, B. Dronsella, E. Noor, B. Vögeli, H. He, P. Wichmann, T. J. Erb, S. N. Lindner, A. Bar-Even, Awakening a latent carbon fixation cycle in Escherichia coli. Nat. Commun. 11, 5812 (2020).
3. ^ T. E. Miller, T. Beneyton, T. Schwander, C. Diehl, M. Girault, R. McLean, T. Chotel, P. Claus, N. S. Cortina, J.-C. Baret, T. J. Erb, Light-powered CO2 fixation in a chloroplast mimic with natural and synthetic parts. Science 368, 649–654 (2020)
4. ^ T. Schwander, L. Schada von Borzyskowski, S. Burgener, N. S. Cortina, T. J. Erb, A synthetic pathway for the fixation of carbon dioxide in vitro. Science 354, 900–904 (2016).
5. ^ Cai T, Sun H, Qiao J, Zhu L, Zhang F, Zhang J, Tang Z, Wei X, Yang J, Yuan Q, Wang W, Yang X, Chu H, Wang Q, You C, Ma H, Sun Y, Li Y, Li C, Jiang H, Wang Q, Ma Y. Cell-free chemoenzymatic starch synthesis from carbon dioxide. Science. 2021 Sep 24;373(6562):1523-1527. doi: 10.1126/science.abh4049. Epub 2021 Sep 23. PMID: 34554807.

这是中国真正需要的科技研发。

60年前，写未来小说，就希望以后能人工制造淀粉，当时想的是人造叶绿体。

这个东西，目前成本很高，没有什么商用价值，也就是继续研发。

但是，有这个东西，在饥荒时刻，是可以解决吃饭问题的。

1961年在收集了许多当时科学技术新成就编成的书稿《科学珍闻三百条》基础上，写成了这部作品 原名《小灵通的奇遇》取自对他影响很大的《木偶奇遇记》等童话

吃完早饭以后，我就催着小虎子按照昨天的计划，陪我去参观人造粮食厂。小燕一听说，也争着要去。于是，我们三人坐着一辆飘行车，由小虎子驾驶，直奔人造粮食厂。　

　　车子穿过市中心开向东郊。这时，正是上班时间，路上来来往往都是飘行车，天上的小型直升飞机像成群的蜻蜓飞来飞去。　

　　约摸开了七八分钟，小虎子指着前面一排排绿色的大厦说：“小灵通，那就是人造粮食厂。”　

　　一转眼，我们就来到这些绿色大厦跟前了。小虎子熟门熟路，把飘行车一直往里开。　

　　人造粮食厂真古怪：一座座厂房几乎全是绿颜色，连房子的墙壁、屋顶也都是绿色的。　

　　在这些绿色的房子之间，常常夹杂着一个个又高又大的圆形反应罐。这些反应罐是用不锈钢做的，银光闪闪非常耀眼。看上去仿佛是在一片荷叶上，洒着亮闪闪的水珠。　

　　一路上，偶尔看到几个机器人在工作，却没看见一个工人。　

　　“上哪儿去找杨老师呢？工厂这么大，找人可不容易哪！”我对小虎子说道。　

　　“她呀，准是在总控制室。”小虎子说，“我每次来，都在那儿找到她。”　

　　总控制室倒很好找，因为它是一座独一无二的奶黄色的房子，在这群绿色的房子中，显得格外突出。　

　　车子开近总控制室时，小虎子突然把气门加大，飘行车往上一蹿，干脆就从敞开的窗口开了进去。　

　　“唷，又是你──小虎子。”一个留着短发、脸色红润、穿着白色工作服的阿姨说，“从窗口蹿进来的，我知道没第二个人，准是你这小调皮鬼。”　

　　我仔细一看，这阿姨很面熟，她不是别人，正是小虎子的妈妈！小虎子对我来个“保密”，只说“杨老师”，压根儿没提杨老师就是他妈妈，为的是到时候叫我吃一惊。　

　　“妈妈，不，不，这儿不是家里，应该叫杨老师。”小虎子笑着说道，“今天多来了两个调皮鬼。”　

　　杨老师一见我跟小燕也从车里出来，非常高兴，就连声对我说：“欢迎，欢迎，小记者同志，欢迎你来参观我们的工厂。”　

　　我们先参观总控制室。这总控制室像一家钟表店──墙上满是一个个圆的、方的、扁的、长的仪表。另外，还闪烁着许多红红绿绿的小灯，像谁在那里放了一把焰火似的。　

　　在那些仪表旁边，写着一排排字：“人造淀粉车间”、“人造蛋白质车间”、“人造油脂车间”、“人造糖车间”、“成型车间”、“仓库”……　

　　杨老师看到我背剪着双手，昂着头，被墙上的这些字吸引住了，就拍了拍我的肩膀问：“我们的小记者，你打算采访哪个车间？”　

　　“我全都想看看。”我顺口说道。　

　　“全都想看看？你恐怕三天三夜也看不完！”她笑着说，“我是人造淀粉车间的车间主任，你就先到我们车间看看吧！”　

　　“行。”我同意了。　

　　我们四个人坐进了飘行车。这一回，由杨老师坐在前面驾驶。飘行车呼的一声从门口飞了出去。　

　　“杨老师，你们的车间在哪儿呀？”我问。　

　　“我们车间？这儿的每一座房子，都有我们车间的份儿──那些绿色的墙壁和屋顶，都是属于我们车间的。”杨老师说，“你知道这些墙壁和屋顶，为什么都是绿色的？”　

　　我摇了摇头。　

　　“这跟植物的叶子为什么是绿色的道理一样。”杨老师说，“在叶子里，有着绿色的叶绿素。庄稼全是仗着叶绿素这宝贝，才会制造养料。如今，在我们这儿，仿照庄稼的叶子，用透明的塑料做成墙壁和屋顶，在夹层中涂着人造叶绿素。这些人造叶绿素的本领，比天然叶绿素的本领还大。白天，有太阳光照射着；夜里，有人造小太阳灯照耀着。在这些绿颜色的墙壁中，发生‘光合作用’，制造大量的人造淀粉。像下鹅毛大雪似的往下飘，落到地下室里。然后，用管道送到人造淀粉仓库集中起来。喏，你瞧，那座拱形的房子，就是人造淀粉仓库。”　

　　说到就到，飘行车在人造淀粉仓库前面停了下来。杨老师领着我们朝里走，小虎子呢？他是这儿的常客，噔噔地抢先跑了进去。　

　　在门口，有四个一闪一闪的红字：严禁烟火。旁边，一个白色的塑料板上，还写着一行红字。当我走近时，这塑料板后面的扩音器，竟然自动地念了起来：“注意，注意，严禁穿硬底鞋进入仓库！”　

　　我连忙瞧了瞧自己的脚，幸好，穿着一双泡沫塑料凉鞋。　

　　“鞋底的硬软，跟严禁烟火有啥关系呢？”我真不懂。　

　　“关系大着呢！”杨老师说，“这儿是人造淀粉仓库。淀粉颗粒很小，会偶然飘散在空气中，一见火星就会燃烧，甚至会造成剧烈的爆炸。如果穿了硬底鞋，特别是那钉了铁掌的鞋，在仓库中走动，尽管地面是柔软的人造橡胶地板，但只要碰上硬东西，或者两只鞋自己相碰，就可能碰出火花来，那就会造成火灾，甚至会爆炸。”　

　　我轻轻地走进仓库，只见贮藏人造淀粉的玻璃房间一间挨着一间。在每间玻璃房间的顶上，都有一根圆圆的管道。雪白的人造淀粉，从管道里像瀑布似的倾泻下来。　

　　“这些圆管，就是从各个房子的地下室里过来的。”杨老师说。　

　　“这些人造淀粉是用什么东西作原料制成的呢？”我问道。沿路，我没有看见一辆运原料的汽车。　

　　“你知道，庄稼是用什么东西制造淀粉？”杨老师反问我。　

　　“庄稼是用二氧化碳与水作原料，经过光合作用，制成淀粉的。”我回答说。　

　　“我们制造人造淀粉的原料，跟庄稼一样，也用水与二氧化碳作原料。”杨老师说道，“我们所用的水，来自自来水厂──用自来水管输送过来就行了；二氧化碳是炼钢厂、发电厂的废气──废气中含有二氧化碳，也用管子输送过来。这两种原料在阳光和人造叶绿素的作用下，就变成了淀粉。”　

　　“原来是这么回事，简直像在变魔术嘛。”我这才明白，怪不得看不到一辆运输原料的汽车，因为原料是通过管道输送进来的。　

　　接着，杨老师带领我们到成型车间去参观。只见那雪白的人造淀粉，流进一台台银闪闪的成型机，在机器里打了几个滚，出来时就变成一颗颗滴溜圆、珍珠般的人造大米。　

　　“本来，这道工序没有也不要紧。”杨老师说，“这完全是为了照顾人们吃大米的习惯，才把人造淀粉再加工成一粒粒大米。不过，成型机只会做成球形的，不会做成普通大米那样两头小、中间大──橄榄形的，所以现在大家都把人造大米叫做‘珍珠米’。”

技术很牛逼。如果能解决成本问题，那么接下来的话题就是：

1. 距离让美国农民都破产还有多远？
2. 人类不需要在碳水和肉之间做艰难的取舍了，碳水管够，当然，肉也管够。
3. 工业大国会成为食物出口大国，而且，工业大国碳排放贼低。
4. 全球碳交易的主要买家会是某制造业大国，印度你坐下。
5. 中国农民会转行做花样繁多的碳水食物制作和直播销售网红。
6. 包装食品的价格不会大幅下降。因为包装食品（如薯片等）主要成本是包装而不是淀粉。
7. 农民会转向养殖业。
8. 鸡肉在全民饮食结构中占比下降，牛肉占比上升（因为饲料来源提高，料肉比因素影响下降）。
9. 造纸业等依赖工业淀粉领域欢呼。
10. 防洪压力降低。传统行洪区人口会迁移，行洪区农地退还为自然湿地。
11. 全球人口大爆发。人口总额向200亿迈进。非洲、中东会新增大量千万级人口城市。第一个人口5000万人口的城市会出现在非洲。
12. 传染病大爆发可能性提高。如果新出现新冠级别的类似疫情，在高密度地球死亡人数可能达到三年1亿人水平。
13. 流浪地球不用吃蚯蚓干了，淀粉管够。
14. 酒精饮料消耗量进一步提高。
15. 大量农地废弃，十八亿亩红线不再重要。
16. 房地产用地大释放，中国人均大豪斯。
17. 中国和全球房地产业迎来高潮。
18. 这波利好恒大。买进。

我的天呐，这是真的吗？

用二氧化碳人工合成淀粉？

会不会是瓜羊头卖狗肉的假新闻？

身为吃瓜群众，我知道自己孤陋瓜闻，但我不能事不关己高高瓜起，所以我就顺藤摸瓜，摸到了著名国际学术期刊《科学》的网站。

那篇我国科学家突破二氧化碳人工合成淀粉技术的文章赫然在目。

看来这次的新闻是真的。

我们都知道，在自然界中许多植物通过光合作用，将葡萄糖转化为淀粉存储在根茎和种子中，这成为我们人类赖以生存所必须的主食成分。

现在，我国科学家开发出一种新技术，将二氧化碳用催化剂还原成甲醇，然后再转化成三碳和六碳，最后聚合成为淀粉。这个过程合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍。

要知道玉米淀粉在全球占有75%的市场份额，不仅作为人类的食物，也是医药、食品、化妆品、饲料、石油钻井、金属铸造、纺织、造纸、建筑、日化等行业的重要材料。

因此，人工合成淀粉技术带来的巨大影响，将是我们想象不到的。

我们打开脑洞思考一下。

一座淀粉合成工厂，它不需要占用大面积的耕地，也不需要耗费淡水资源，更不需要洒农药，施化肥，只要从大气中吸入二氧化碳，通过人工合成技术，就能源源不断生产出淀粉。这简直就是神话一般的场景。

我们再把眼光从地球挪到火星。

火星的大气虽然远比地球稀薄，但是其中95.3%是二氧化碳。而且在火星的两极覆盖着固态的二氧化碳。

如果将来我们向火星移民，那么二氧化碳人工合成淀粉技术，将会解决火星移民的主食以及工业需求。

想象一下，在太阳系已知最大的山—火星奥林帕斯山上，最大的峡谷—火星水手号峡谷中，崛起一座座中国的全自动淀粉合成无人工厂，源源不断向中国人的火星城市输送给养。

想到这里，身为吃瓜群众，我对中国科学家突破二氧化碳人工合成淀粉技术瓜目相看。

清心瓜欲的我，万粉期待这一技术瓜熟蒂落。

虽然这项新技术，从实验室到量产阶段，还有长路要走，

但既然迈开了第一步，

中国人就绝对不会止步。

利好新能源，把太阳能电池板铺满沙漠，然后产生淀粉，狗大户要来送钱了，沙特也能出口粮食了。

（PS：狗大户工业水平不行，可能二氧化碳不够）

不请自来。

利益相关: 催化研究相关人员

泼一点冷水。

确实是重大突破，但是还是要明白一点，这个技术并不是像植物一样靠二氧化碳和水作为原料产生淀粉。这个原料是二氧化碳不假，但是采访中也提到了，需要在高密度氢气下进行反应，是需要大量氢气做还原剂将二氧化碳转化为甲醇，再进行后面的一系列合成步骤。很明显，这和当前的光合作用从原料上来讲有着本质区别。现今工业上大部分的氢气还是来自于化石燃料(比如石油的重整反应，低碳烷烃的脱氢，水煤气反应等)，除非哪天能解决氢气的供应问题(比如高效的太阳光光解水)，否则这个报道里的工艺短时间内还是没有很明显的工业应用前景。还有包括它还需要酶作为催化剂，还无法全部用无机工业催化剂替代，不太符合现在化工行业的大规模生产。只能说，还是任重道远。

当然，这个工作确实也是人类迈出的一大步，值得鼓励，只是希望大家现在不要有一些不切实际的想法，包括什么获得诺贝尔奖什么的，就大可不必了。

我就不明白了，在只有理论能量转换效率，而没有透露任何全流程能量损耗的时候，为什么一个个都这么兴奋的跟什么全球变暖挂钩？

说白了，通过化学手段吸收二氧化碳达到固碳的效果实际上并不难，太多的路线可供选择了。但是在全流程能量能耗上有竞争力，能够大规模推广，并且在经济上至少不太亏的路子，那就很少了——甚至可以说没有。

所以，如果不涉及这块，那么其实就是研发成功了一个新的化学合成路线。未来也许能在某些特定场景下达到工业化，但是说到解决全球变暖，这就夸张过头了。

“邪恶集权帝国的疯狂科学家搞出了一丁点可怜的淀粉。”

“异教徒的国家在毫无意义的领域取得了一些进步。”

“中国试图直接用能量把常见物质合成为食物。”

“东方文明古国在引导人类未来方向这方面是有可取之处的。”

“伟大的社会主义祖国用崭新的革命性技术喂养着全世界！”

人工合成淀粉是第一没有经济意义的。
那篇科学杂志人工合成淀粉的原料是氢气和二氧化碳。
反应第一步的生成物是甲醛。
现在一公斤氢气的价格在70-80元区间，而一公斤甲醛的价格是1元左右。一斤玉米淀粉3元左右。
甲醛的分子量是30，氢气的分子量是2。
根据文中的反应方程，6公斤氢气可以生成30公斤甲醛。
6公斤氢气至少要300元，生成的甲醛却只有30元。
所以反应的第一步就开始巨亏钱了。原因是氢气较贵。甲醛较便宜。能源化学上没有意义的。

第二这个流程其实不新鲜的，二氧化碳和氢生产甲醇（煤制甲醇或者天然气制甲醇，未来核反应堆供氢制甲醇），这个是已经大规模工业化生产了。把氢气变成甲醇从来也没有人怀疑，有无数种办法。但是没有人觉得这么做是有意义的事

甲醇发酵产生葡萄糖也不新鲜的，那就更多了。不清楚这个实验创新在哪里。

这篇文章，如果标题是写成将将氢气变成甲醇，绝对发不了科学了。如果大众意识到是将氢气变成甲醇，也就不会兴奋了。因为那是将黄金变成废纸。这篇文章的作者，主要玩的花招，是说成将CO2变成淀粉。让人觉得将废物变成了宝贝。这就是个怎么包装的
问题。

现在大部分科研都是想方设法从有机物中搞出氢气来。比如从玉米到酒精再到氢气。或者从木头到氢气。甲醇制氢，这是新能源方向的大热门，实际中真正需要的技术。而不是反过来。

很少有人会想办法把氢气变成有机物。有机物到处都是，不值钱。而氢气很值钱。

科研目标应该是人工合成叶绿素，在人造叶绿体中合成葡萄糖。

不过这个新文章还是有创新，总比某科学家把空气中二氧化碳与地下开采的钙盐结合生成碳酸钙埋到地层深处的实验文章有意义

下面大致估算一下合成淀粉的成本，数据来源于网络：

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。不过按原计算还是2000元/吨。

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、粮食储备等角度说，功德无限。

正如有些答主隐晦的提到了，这项技术意义重大，但未来商业化落地几乎不太可能，目前只能算实验室的研究。

国外早已经率先合成了单糖，这次中国的科技人员是更近一步的合成了结构更复杂的淀粉。

这次的宣传其实是有误导性的。二氧化碳不是直接变成淀粉，而是先和氢反应生成甲醇，再由甲醇酶化成淀粉。本次研究只是甲醇通过酶化合成淀粉的部分。

而二氧化碳变成甲醇，这是储能行业的技术，是现成的成熟工艺，就是所谓的“液体阳光”，而且只是储能研发的一个小分支，能量转化率不到35%，无法大规模推广，只能部分特殊地区使用。即使仅在储能领域，都是最差的方案之一。无论是用四川的水电还是甘肃的太阳能，甚至未来的核聚变，电力能源充沛并不等于无成本。这部分是强行加入进来的，并不算这次的研发内容。可以讲，第一步就已经走不通。

而甲醇目前价格3200一吨，淀粉2900一吨，按科研人员接受采访自己说的，几公斤甲醇最后生成了2克淀粉而已，目前转化率不足千分之一。即使未来这个工艺研究到极致，可以0成本0损耗转换，用价格更高的甲醇生产更便宜的淀粉，生产出来也是亏本的，没有商业化的价值。

综上，二氧化碳合成淀粉整个流程，是两个注定亏钱的步骤缝合在一起，无论技术怎么提升，未来都是赔本买卖。

所以这项技术意义重大，实现了模拟自然0到1的突破，向科技人员致敬！但这个技术更像是一种特殊情况下的技术储备，正如评论里有人提及的，即使技术成熟也看不到产业化的未来。生产出单糖就已经可以给人或动物供能，没必要再进一步合成淀粉。淀粉吃下去也要分解为葡萄糖。而二氧化碳转单糖早就已经研究出来了。

这个技术连国家重点科研项目都算不上，不知道全网为什么这么兴奋，连诺奖的说法都出来了。

哪怕第一步二氧化碳变甲醇，能做到比现在普通工艺做的甲醇便宜，各种意义都比后面做淀粉的技术成就大十倍百倍！淀粉不缺，甲醇可是工业基础材料，今年到处缺货，一直在涨价。

至于什么星辰大海，连研发人员也没敢这么吹。都星辰大海了还吃啥破烂淀粉哟，哈哈。

看了一下，最厉害的进展是在甲醇合成到淀粉的步骤。如果直接以工业界的眼光来看，这一步实在是太没用了，因为淀粉太便宜，很难在可预见的未来给这个技术找到一个应用的场景。当然，从科学上来说这个工作的水平非常高，对于其他大宗有机产品的合成与生产也有很大的启发意义。

甲醇之前的两个步骤呢，二氧化碳制甲醇这一步冰岛已经有化工厂在做了，电解制氢瑞典好像有一个厂正在盖。总之都是属于还没大规模商业化，但是好像已经摸到一点儿边这种。如果要让这个人工合成淀粉的技术在实际生产中落地，前面两步反应的商业化必不可少，不然像现况这样甲醇和氢气的生产都严重依赖天然气，灰氢生产本身就还带有大量的碳排放，这笔账无论如何是不划算的。

总之就是觉得我们这种干绿氢的人还是责任挺重大的，未来五年之内大家应该会看到各种电解氢的厂子小规模开始上马了，但是从成本上应该还是干不过传统的天然气重整制氢。我们也希望类似的氢气应用技术能搞快点搞多点，把氢气需求拉上去一些。在新能源这个大领域兄弟爬山，各自努力。

评价这个工作并不容易，舆论总是抱有“出个大新闻”的心态来讲科研故事。让外行读者看了科研新闻产生一种“星辰大海"的感觉，起码知乎这个问题下面又有各种答主要去冲出大气层去开发火星，甚至金星了（(*^_^*)）。人家论文究竟说的是什么呢？

这其实是一篇做chemoenzymatic synthesis的论文，也就是设计特定的酶用在化学合成里。从二氧化碳固碳在文中只有谨慎的提及，因为所有作者都是做生物方面的。二氧化碳固碳其实是电化学光催化这个另外的大领域的话题。论文致谢这里提到了

We thank P. Kang from Tianjin University for introducing us to the fundamental principles of CO2 electroreduction.

可见这些作者作为二氧化碳电还原的门外汉，还是不敢居功，老实致谢。

而他们实际使用的原料也就是甲醇和甲醛。估计也是直接购买的。没有必要自己合成。作者只是引用了文献说这些东西可以光催化合成——这方面论文非常多，甚至兰州有个年产一千多吨的工程。

作者开发的人工合成路径只需要11步就能从二氧化碳合成淀粉，然而他们主要是工作是从第三步开始的——这当然已经是特别显著的进展，所以起了个好名字叫ASAP，碰瓷英文as soon as possible的缩写，让人印象深刻。在我看来，这就是通行的文章讲故事的方式而已。值得学习。

总体来说，这个文章还是一篇有一点“炫技”色彩的论文，如果单纯追求淀粉产率的话，没有必要坚持整个全合成都只用酶。传统的化工合成方法起码走到论文的第五步合成d-glyceraldehyde 3-phosphate并不是什么太难的事情。从第九步的phosphoglucomutase到最终产物的淀粉合成所需的聚合反应，我个人认为还是传统工艺里高温高压（不是太难的事情）更容易一点，鲁棒性也绝对更好。这么算来，论文内有也只有C6 modulus里的三步更有价值。当然我也能理解，从发文章角度来说，这样全部都用酶合成的文章更容易冲高，但是也大大限制了这个技术的实用性。从这个角度来看，作者及其所属单位如果不组织多学科攻关，那这也就是一篇故事讲的很好的正刊论文而已。个人觉得这篇论文虽然可以看到一些潜力，但和人工牛胰岛素的合成这项诺奖级别工作的意义还是不能同日而语——离新华社和各位答主的期望，还差的很呢！！

既然说了这是优化，因为从二氧化碳到糖到淀粉，已经有方法了。

那就看效率。效率到底比以前提高多少，离商用还有多远距离。

比方说，从二氧化碳到葡萄糖，比以前的方法好在哪，效率提高多少，成本节省多少。。

而不是哗众取宠。

别把大家都当成文科生，当成编辑，记者这样的职业。哈。

学过高中化学都知道，就是碳氧，变成糖。看似很简单吧，没什么难的吧。但是却是从无机物到有机物。这个跨度很大的。

这是要解锁世代飞船科技树前置技术的节奏？

握艹，我要失业了？

我一个搞农机的，梦想就是让农民伯伯们不用再辛苦地种地，全都整上大机器，结果？

不用种地了？

这一步是淀粉，那膳食纤维，氨基酸蛋白质还远么？

维生素，矿物质还远么？

我没活干了？

*******

说几点正经的

当年合成氨，进而合成硝酸铵、碳酸氢铵的工艺路线，在当时的人们看来，也是无比的复杂，成本无比的高昂，但现在呢？

如今合成淀粉，尽管流程长、成本高，但想低成本的工程落地，可能真的不需要太久。

如果淀粉能大规模量产，对农业的冲击自然是非常大，但也没有想象的那么大；

水果照样吃，蔬菜照样炒，花生瓜子栗子核桃，也是一样也不能少；

但是，玉米小麦土豆等主打淀粉的作物，可能需要调整品种，种植结构；

我们会有近乎无限的饲料去养鱼、养猪、养牛、养羊、养鸡、养鸭……

烧雏鸡、烧花鸭

红烧排骨、糖醋里脊

新疆烤全羊、内蒙小火锅、铁锅炖大鹅……

*************

很多小伙伴关心工厂淀粉的成本问题，觉得在核聚变提供的廉价电力到来之前，工厂淀粉的成本很难降下来，我倒是觉得电费不是问题。

按照淀粉的能量在15310KJ/kg来计算，看科普博览的数据效率会超过10％，所以合成一公斤需要42度电。再就是这作为一个产业链并不长的工厂完全可以建在风电，光电充足的地方，还顺便调峰了，这样电的成本可以在2毛甚至更低。这样每公斤是8块钱，如果电费是1毛，那么工厂淀粉的电力成本是每公斤4块钱。

但是，技术是不断发展的，目前光伏的效率、电池板寿命还远没到瓶颈，许多年后，光伏发电的成本降到5分钱一度甚至更低都有可能。合成淀粉的转化效率再继续发展，稍微提高一点，那从太阳能到淀粉的综合转化效率到30%并不是不可能的事情。这样工厂淀粉的电力成本可能就在几毛钱。

反应装置、酶的成本，随着技术的进一步发展，我觉得也是可以降下来的。

再看玉米淀粉，当前玉米淀粉之所以是3块钱一公斤，原因有很多。一是当前的关于玉米的一系列补贴，农机补贴，作业补贴，加工补贴等等。工厂淀粉成熟后，这档子补贴是不是还有就不一定了。

二是玉米精加工的其他产物附加值高，淀粉便宜点卖也无所谓，如果以后物产更丰富了，其他产物卖不上价钱了，淀粉可能价格有变化。

所以，等技术真正成熟后，工厂淀粉不见得成本会高太多。

而且工厂淀粉还有着量大，产量稳定，不影响国家粮食稳定供应等一系列优点。

再就是超纯淀粉可能还有其他高价值用途，总比从粮食里提纯来的实在。

差点忘了最重要的，有了工厂淀粉，可以节省出海量的优质耕地，海量的淡水，这些事物又得值多少钱！

碳中和这事也就罢了，关键是如果可以工厂通过二氧化碳合成淀粉，岂不是以后不用种地了？

如果粮食安全不需要以耕地面积来保证，只需要开几个电厂，二氧化碳制造厂和淀粉合成工厂，这以后全世界就再也没有饥荒存在了吧？

大国小国随便开几家工厂，全世界粮食自由，这也太恐怖了。

到时候炒粮食期货的不得哭死？粮价就再没有波动性，价格会跌到海沟里去。。。。

而且这样小国和大国之间的差距会进一步缩小，粮食自主可以保证了，国土面积和耕地面积意义就不大了，小国可以闷头开工厂，爆兵，第一产业不存在，影响战争的因素会变化非常大，搞不好发动战争的会更多。

科学到应用的路还很长，但是一般人一看到科学突破就开始浮想联翩。

就这个成果目前说它有什么重大影响还为时尚早。

从科学到应用之间还隔着技术，工艺，和成本控制。

许多科学成果在转化成应用的时候往往会遇到巨大的瓶颈。比如说可控核聚变，其实五六十年前理论就被提出了。那个时候的人无比乐观，觉得也就五十年人类就能掌握可控核聚变了。

但是真的研究下去会发现，稳定可控长期放电需要的技术太多！五十年后又五十年，今天都不知道可控核聚变何时能商业化。至于改变世界，无从谈起。

这个二氧化碳合成淀粉的成果，虽然很振奋人心。但是距离真正改变人类社会可能还有不小的距离。比如如何大规模低成本地合成反应所需的生物酶？比如生产淀粉所需消耗的能量到底有多少，是否能降低到一个比种植更便宜的状态？

总之，目前还只能谨慎地乐观。罗马不是一日建成的，科研成果其实极少能立刻带来巨大改变，都是要等许多相关的成果都成熟以后才可能真正带来巨大改变。比如鼠标，要知道鼠标发明者可是一分钱专利费都没有赚到，因为等到第一台苹果电脑问世的时候，专利保护期早就过了。

当然我大致看了一下这个成果，学术科研上的价值其实非常高。其实在学术上的影响会更大。

这个牛了，如果能实现，这就是给碳中和一条新路子。

真的，牛X大了。

我大概看了一下

太阳能—光伏发电—电解制氢

二氧化碳+光伏制氢+催化剂——甲醇

甲醇——合成淀粉

我们本质上来说，一些能源都是来自于太阳供给，光合作用产生的淀粉也是把太阳能固化的结果。

那这个思路，就是用光伏发电将太阳能转化成电能，然后电解水制氢储能。

然后用氢气+催化剂还原二氧化碳生成甲醇，也就是把能量固化在二氧化碳中。

最后甲醇合成淀粉，简直秒啊。

淀粉水解变成葡萄糖，葡萄糖在人体最终代谢产物本来就是水+二氧化碳。

妙啊，真的秒极了。

除了能量损耗，别的没有变化。

我们是不是可以想象，工业化人工合成淀粉的时代是不是已经快要到来？

真的能工业化，意味着，再也没也有人会饿肚子了。

简直牛X

我看有人问，这个能不能获得诺贝尔奖。

诺贝尔奖分为5大类物理、化学、医学、文学、和平，物理学奖和化学奖由瑞典皇家科学院评定，生理学或医学奖由瑞典皇家卡罗林医学院(卡罗林斯卡学院)评定，文学奖由瑞典文学院评定，和平奖由挪威议会选出。

这个技术感觉在化学、和平奖上都能蹭上，解决了碳的问题，也解决了粮食问题。不过能不能得，就不一定了。

（有鉴于评论区的留言补充下，我是觉得在人工合成淀粉这个技术足以被称为「对人类有巨大贡献的技术」，也就达到诺奖级别，而一个技术必然是承前启后的，但能领奖的就三个人，也有可能是基础科研的人去领，不一定是实现的人，也可能是都有）

这一点也不用太着急，每次诺贝尔奖都是评选的多年以前的事。

至于合成成本，这个是要靠技术迭代的，现在还处于实验室级别，并不能工业化（也就是降低成本、增加效率虽然也是实验追求之一，但是作为第一次成功合成的实验室产物，成本这个问题并不是首要考虑）。

作为这件事的第一步，无疑是划时代的技术。

当然以后肯定有天然淀粉、人工淀粉之分了，也就像现在说的有机一样，价格翻出去好多倍。

讲点专业的artificial starch anabolic pathway (ASAP)，人工淀粉合成代谢途径。目前已经进化到3代了。

1代是从甲醇（methanol）合成淀粉，2代是增效ASAP 2.0的淀粉生产率提高了7.6倍。

现在ASAP3.0是直接从CO2+H2合成。

原光合作用理论能量转换效率仅为2%左右，目前的反应仅需要11步，其效率是玉米中淀粉生物合成的 8.5 倍。

按照目前的技术参数，在不考虑能量输入的情况下，一立方米生物反应器的年淀粉产量理论上相当于种植 1/3 公顷玉米的淀粉年产量。

这种技术放开了想，甚至可以作为在没有足够空气、植物的外星生存的底层技术，实现人工生态系统的碳循环。

绝对是诺奖中的诺奖。

两百年国运，浩浩汤汤。

这是一项可以把科幻变成现实的技术。

人工合成淀粉的效率约为传统农业生产淀粉的8.5倍。

然而最关键的是，它没有任何的耕地需求！

仅仅1立方米大小的生物反应器，一年时间生产的淀粉含量就相当于5亩玉米地。

• 由于米面还含有其它的营养元素，所以作为主食还是不可替代的。所以，我们主要来看看对淀粉工业的影响。

当前作为工业生产原料淀粉的主要来源就是玉米。

中国玉米种植面积42670千公顷（6.40亿亩），这些玉米可以被1.28亿立方米的生物反应器所替代。

可能有人认为，上1亿立方米恐怕也会占不小面积吧？

但不要忘了，中国的基建狂魔人社。

理论上来说，1亿立方米其实仅仅相当于长宽高464.15m的立方体。

如果我们建设一个平均50米高的淀粉基地，空间有效利用率哪怕只有30%，所需要的占地也仅仅只有600万平方米（600公顷或6平方公里），仅仅占地2582m×2582m。而中国一个乡镇的面积随随便便就达到100平方公里，差不多只需要拿出几片小山坳，就可以供应全国的工业淀粉（但哪怕建设的基地分散开来，也用不了多少面积）。

只需要在落后地区，建设这么几个淀粉基地，就可以把经济很快拉上来。

所以说，这个技术能解决的不仅仅是中国的粮食以及碳中和问题，同样也有利于达成共同富裕。

那些落后的地区为什么落后，说穿了就是又偏僻有没有什么资源，建一个淀粉基地，相当于变相的增加了一种资源，经济上来了，交通建设之类的其它各个方面也能很快更上。

如果在未来还能在淀粉中加入相应的维生素和微量元素，那么甚至可以替代主食。但所需要的工厂面积，也仅仅只需要相当于一个小城市城区的面积而已。

当这个技术完全成熟之后，只需要扩大几个规模，就可以轻轻松松提供全球淀粉供应。

我们可以在非洲建设大大小小的淀粉工厂，不仅可以解决非洲的饥饿问题，更有利于中华民族的伟大复兴。

甚至，这项技术发展到全球级别之后，二氧化碳导致的全球变暖人类也能轻松应付。

基本上控制工厂对二氧化碳的吸收，人类几乎可以比较精确地控制大气中的二氧化碳含量了。

当然，我们的目标是星辰大海。

可以想象在未来的星河世纪，在偌大的宇宙母舰上，只需要一个小小的淀粉生产基地，就可以供应数十万人的基本生活。

这不仅仅有利于人类对太阳系的基底开发，也更有利于派遣飞船进行星际探索。

往近了看，有了这项技术，也可能让月球甚至火星基地的建设变得更有价值。

当然，这项技术对于目前来说，工业应用还比较遥远。

但这个新兴技术，拥有无限的可能。

有可能在我们的有生之年，能够看到这一项技术，彻底改变我们生活的方方面面。

很庆幸我能生活在这个年代，能够一步步看到科幻小说中的想象一步步变成现实。

而且这个变成现实的关键，正越来越多的掌握在我们的手上。

蛤？那岂不是以后吃面条都要担心是真的假的了？（抖个机灵）。

怎样看都极其伟大。即便短期不能低成本大规模应用，对载人航天也具备重要意义。

之前《临高启明》某个技术群还在讨论三次元怎么利用二氧化碳与氢气反应得到的甲醇呢，这就出来了。你看在我朝不是没有发展科技的原生动力，但是前提是能让人吃饱饭。

从长期角度来说，人总能依赖发展来解决发展中的问题，我们也无需为未来担忧。

一，技术工业化还有较长路要走

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很正常。

一旦核聚变发电商用，最大的用途之一就是淀粉等基本营养的合成制造。

进一步释放传统土地、阳光与水的传统农业。

我说为什么《帝国时代》里有农田，《红色警戒》里没有呢……