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新能源消費新藍海：人類偉大突破，中國利用CO?和氫能首次人工合成淀粉
新能源綠色電力消費新藍海出現(xiàn)。
9月23日，中國科學(xué)院召開新聞發(fā)布會宣布，該院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所馬延和團隊在淀粉人工合成方面取得突破性進展，在國際上首次實現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成。相關(guān)成果于9月24日在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。
這是人類歷史上偉大的突破。成果得到國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业母叨仍u價，認(rèn)為是“典型的0到1原創(chuàng)性突破”，是“擴展并提升人工光合作用能力前沿研究領(lǐng)域的重大突破，是一項具有‘頂天立地’重大意義的科研成果”，其“不僅對未來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、特別是糧食生產(chǎn)具有革命性的影響，而且對全球生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有里程碑式的意義”，“將在下一代生物制造和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中帶來變革性影響”。
那么新的顛覆性研究成果與綠電有何關(guān)系？
此項研究的偉大之處就在于“逆天而行”。在該研究中，天津工生所從頭設(shè)計出11步主反應(yīng)的非自然二氧化碳固定與人工合成淀粉新途徑，在實驗室中首次實現(xiàn)從二氧化碳到淀粉分子的全合成。
從技術(shù)上看，研究團隊采用一種類似“搭積木”的方式，聯(lián)合中科院大連化學(xué)物理研究所，利用化學(xué)催化劑將高濃度二氧化碳在高密度氫能作用下還原成碳一（C1）化合物，然后通過設(shè)計構(gòu)建碳一聚合新酶，依據(jù)化學(xué)聚糖反應(yīng)原理將碳一化合物聚合成碳三（C3）化合物，最后通過生物途徑優(yōu)化，將碳三化合物聚合成碳六（C6）化合物，再進一步合成直鏈和支鏈淀粉（Cn化合物）。
這一人工途徑的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，向設(shè)計自然、超越自然目標(biāo)的實現(xiàn)邁進一大步，為創(chuàng)建新功能的生物系統(tǒng)提供了新科學(xué)基礎(chǔ)。
按照目前技術(shù)參數(shù)推算，在能量供給充足條件下，理論上1立方米大小的生物反應(yīng)器年產(chǎn)淀粉量相當(dāng)于5畝土地玉米種植的淀粉年平均產(chǎn)量（按我國玉米淀粉平均畝產(chǎn)量計算）。
相關(guān)成果使淀粉生產(chǎn)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植模式向工業(yè)車間生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變成為可能，并為二氧化碳原料合成復(fù)雜分子提供了新技術(shù)路線。如果未來該系統(tǒng)過程成本能夠降低至與農(nóng)業(yè)種植相比具有經(jīng)濟可行性，將可能節(jié)約90%以上的耕地和淡水資源，同時減少農(nóng)藥、化肥等對環(huán)境的負(fù)面影響，提高人類糧食安全水平，促進碳中和的生物經(jīng)濟發(fā)展，推動形成可持續(xù)的生物基社會。
在這一成果公布之前，熟悉能源行業(yè)的人都知道，二氧化碳和氫能主要來自能源領(lǐng)域。其中新能源電解水制取氫氣是未來風(fēng)電、光伏等新能源綠電最重要的應(yīng)用場景之一。二氧化碳是氣候變暖最主要因素，是碳中和的革命對象。化石能源企業(yè)如果想做到碳中和必須捕捉其排放出的二氧化碳。
目前化石能源企業(yè)在進行碳捕捉的成本中需要考慮封存成本，按照生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院研究，預(yù)計到2025年碳封存成本依然高達50-60元/噸，這相當(dāng)于當(dāng)前的中國碳交易價格。如果未來捕集到的高濃度二氧化碳可以大規(guī)模用于制取淀粉，將是一個雙贏的格局。
2025-2060年CCUS各環(huán)節(jié)技術(shù)成本
來源：生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院
《中國二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報告（2021）――中國CCUS路徑研究》
二氧化碳捕集、封存與利用（CCUS）技術(shù)一直是全球重點研究方向，只是一直以來成本較為高昂，其中就包括較為高昂的封存成本。在原先CCUS的應(yīng)用場景中，通過二氧化碳、氫能等原料制取各種綠色化工原料，其前景已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可。但是將二氧化碳、氫能直接轉(zhuǎn)換成替代糧食的淀粉還是第一次。而且在原先所有關(guān)于未來電力需求預(yù)測中并未考慮到這一全新應(yīng)用。這也意味著，利用綠電+氫能+二氧化碳制取淀粉將為綠電消費開辟一個全新的應(yīng)用藍海。
不過這一成果到真正大規(guī)模應(yīng)用尚需較長時日。中科院副院長、黨組成員周琪表示，該成果目前尚處于實驗室階段，離實際應(yīng)用還有相當(dāng)長的距離，后續(xù)還需要盡快實現(xiàn)從“0到1”的概念突破到“1到10”和“10到100”的轉(zhuǎn)換，最終真正成為解決人類發(fā)展面臨重大問題和需求的有效手段和工具。
盡管如此，這依然是一個值得期待的全新領(lǐng)域。
