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科技工作者之家 2023-02-06
来源:科学网
本报天津2月5日电(记者齐芳)水+二氧化碳+电=淀粉?这个看似天方夜谭的想法,被中国科学家实现。2021年9月,我国首次实现从二氧化碳到淀粉的人工合成,令国际科学界大为惊叹。新年伊始,记者从中国科学院天津工业生物技术研究所(以下简称“工业生物所”)了解到,这项研究又迈出重要一步,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已经建成,工程化测试正在紧锣密鼓展开。
淀粉不仅是粮食的主要成分,也是重要的工业原料,在造纸业、纺织业、食品加工业、胶黏剂生产等领域有广泛应用。
在实验室中“制造”淀粉一直是科学家的梦想——不依赖植物光合作用,而是人工合成淀粉,不仅极大节约土地、水等自然资源,还将推动生物经济的到来,为应对人口持续增长等问题提供解决方案。
然而,由于人类至今没能窥破光合作用的全部奥秘,几十年来,“制造”淀粉的努力一直难有突破。直到中国科学家独辟蹊径,找到一条“无中生有”的技术路线。
“完全模拟自然是不现实的,也不经济。自然光合作用只能利用低能量密度的太阳能,理论能量转化效率只有2%。我们的研究就是想探索出一条新的技术路线。”中科院工业生物所所长马延和研究员说。
为此,中科院工业生物所联合大连化学物理所研究团队,全新设计了科研路径。简单地说,就是分解水产生的氢气作为还原力,将二氧化碳加氢转化为甲醇分子;然后以甲醇为碳骨架和能源载体,进一步通过酶催化的反应,合成生物大分子葡萄糖,最后进行聚合产生淀粉。
“按我国玉米淀粉平均亩产量计算,依目前技术参数,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,而合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍。”马延和说。
这项成果一经问世,就震惊了国际学术界。德国科学院院士曼弗雷德·雷兹、美国工程院院士延斯·尼尔森、中国科学院院士康乐、中国工程院院士陈坚等专家均给出了极高评价。日本神户大学副校长近藤昭彦说:“这项研究成果将对下一代生物制造和农业发展带来变革性影响。”
“基础研究的突破并不是科研终点,能否落地转化至为关键。”马延和说,“通过工程测试,制造过程中的能量损失要收回、能量输入要减少,还要探索多条技术路线。我们希望建立工业化示范装置,尽早让实验室成果走进工厂。”
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