“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——

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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