科学|人工合成淀粉!我国科学家的重大突破( 六 )


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按照这样的设想 , 未来人类可以进一步优化种植业结构 , 减少资源高消耗、化学品投入大的农作物种植 , 由单一农产品供给功能向增加碳汇、保护生态环境的功能转变 。 利用可再生资源产生的电能 , 实现了从温室气体二氧化碳再利用到粮食核心成分淀粉合成的跨越式发展 , 实现“有电就有粮” 。
人工合成淀粉的未来发展尽管在实验室内取得成功 , 但专家们坦言 , 目前人工合成淀粉从实验室走向工厂仍是“路漫漫其修远兮” 。

科学|人工合成淀粉!我国科学家的重大突破
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天津工业生物技术研究所副研究员蔡韬表示 , 实验室里合成出淀粉大约需要 4 个小时 。 但目前在实验室里 , 规模还比较小 , 平均 1 小时能合成出的淀粉只有几克 。 但是按照目前的技术参数 , 在能量供给充足的条件下 , 1 立方米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平均年产量 , 这为淀粉生产的车间制造提供了可能 。
但他也承认人工合成淀粉技术在产业化应用面临很大的挑战 。 一方面 ,在工程生物学基础理论和工程设计方面还有问题要解决;另一方面 , 就经济性而言 , 从控制过程成本初步计算 , 只有二氧化碳到淀粉合成的电能利用效率再提高数倍 , 淀粉合成的碳素转化速率再提高数十倍 , 才能与农业种植竞争 。
【科学|人工合成淀粉!我国科学家的重大突破】这种成果从实验室走进工厂的距离是惊人的 , 人工合成淀粉只是初步把路径走通了 , 但还要考虑到成本核算的问题 , 目前看 , 成本降到能和自然生产淀粉差不多的水平还非常难 。
未来人工合成淀粉的挑战在于细胞外合成考验各种酶的稳定性 。 如何做好各种酶的分离纯化 , 酶如何在细胞外保持活性 , 如何应对合成中的每一步后酶的活力下降……这些问题都需要在细胞外得到解决 。 合成淀粉的步骤较多 , 目前成本是很高的 , 也是工业化不能接受的 。 合成淀粉的另一个难题 , 是随着分子量的不断上升 , 葡萄糖不断被整合在高分子淀粉链上 , 黏度会越来越大 , 聚合的难度也会越来越高 , 人工合成淀粉也将可能聚合不到分子量特别高的淀粉 。 从分子量的角度看 , 人工合成淀粉和常见的淀粉还有一段距离 。
而这项技术在减碳领域的应用还需要时日 。 因为二氧化碳非常稳定 , 打开化学键必须外输能量 。 二氧化碳合成有机物的转化过程 , 需要氢气 , 也必须是绿电制备的绿氢 。 所以成本非常高 。

虽然困难很多 , 但从0到1的第一步已经迈出了 。 天津工业生物技术研究所的团队计划在未来 5 至 10 年内 , 建立工业示范 , 以工业尾气为原料 , 利用光伏等可再生电源分解水提供氢气 , 在化学反应器中进行二氧化碳高效还原 , 在生物反应装置中合成淀粉 。 并且希望与相关研究所、大学和企业等创新力量加强合作 , 推进人工合成淀粉工程化进程 。

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