最新|二氧化碳人工合成淀粉又有新进展!年内有望产出首批产品_实时焦点
最新|二氧化碳人工合成淀粉又有新进展!年内有望产出首批产品
“喝西北风”一般指没有饭吃。但是在未来,这句话的含义可能要改一改了——
【资料图】
2月23日,由中国科协生命科学学会联合体主办,天津市科学技术协会、中国科学院天津工业生物技术研究所、南开大学生命科学学院、合成生物学海河实验室承办的2021年度“中国生命科学十大进展交流会暨青少年科普报告会”在本市召开。
会上,中科院天津工业生物技术研究所所长,研究员马延和透露,经过长期艰苦工作,二氧化碳人工合成淀粉的反应过程已经得到进一步优化;在基础研究继续深入的同时,人工合成淀粉的吨级中试装置正在调试运行,产业化过程中必须的中间性实验即将展开。
“预计今年有望做出第一批产品,并利用其优势特性,用于材料和半导体领域。”马延和介绍。
▲实验室合成的淀粉,其物质结构与自然产出淀粉完全一致
淀粉是粮食的主要成分,也是重要的工业原料,被广泛用于纺织、制药等领域,近年来又因其结构特点在新材料等领域有了用武之地。但由于技术限制,一直以来只能依靠植物光合作用生产,生产周期长,对太阳能的利用效率只有不到1%。同时,农业生产过程还耗费了大量土地、淡水以及化肥和农药,并由此引发了一系列环境问题。
一百多年来,全球科学界一直努力尝试实现淀粉的人工合成,并以此为技术基础,最终实现淀粉乃至粮食的工业化生产——通俗的说,实现粮食的“凭空制造”、“西北风变馒头”。这一愿景如果实现,将从根本上提高粮食的生产速度;同时对载人飞船探索宇宙深处具有特殊意义——2018年,NASA专门提出了“百年挑战计划”,希望利用二氧化碳生产人类生存必须的食物、燃料、材料等物资。但是,这一愿景始终未能如愿。
2021年9月,中科院天津工业生物技术研究所联合大连化学物理所等研究团队,通过生物酶催化反应,首次实现从二氧化碳到淀粉的人工合成。根据测算,理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量,相当于5亩土地玉米种植的淀粉产量,合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍。这一重大原创科研成果一经发布,即受到全球广泛关注。普遍认为,虽然这一成果目前受限于成本等因素,距离产业化还有距离;但如果能进一步提高反应速率,降低成本和能源消耗,将对下一代生物制造和农业发展带来变革性影响,甚至可以以二氧化碳为原料生产淀粉和各种各样的化学品,建立一条以二氧化碳为原料的新的工业路线。
瞄准产业化这一目标,研究团队持续优化相关反应原理,进一步提升了反应速率,降低了过程成本,并启动了项目中试。
“从原理上进一步的优化,反应途径从11步缩短到8步,能量耗散也比此前更低了,成本大概降了有100多倍。”马延和透露。
▲二氧化碳人工合成淀粉原理图
目前,研究团队仍在致力于进一步优化反应原理,提升能源利用效率,降低成本。马延和表示,预计三年之内有望把高附加值的直链淀粉工业化,希望十年之内能够真正形成和农业种植相竞争的路线,助力我国粮食安全,服务双碳战略目标。
记者 | 郭曦然
编辑 | 陈彤
关键词: 二氧化碳
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