“二氧化碳合成淀粉”是真是假?

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“二氧化碳合成淀粉”是真是假?

·方舟子·

中国科学院发明了一项“颠覆性的技术”,能够用空气中的二氧化碳合成淀粉。媒体报道说这是实现了把空气变成馒头的梦想。据称这项技术的合成效率要比光合作用高得多,是它的好几倍。一旦这项技术成熟、推广了,会减少耕地、淡水的使用达到90%。它不仅能够解决粮食可持续生产的问题的,而且,由于把空气中的二氧化碳拿来合成淀粉,实现了二氧化碳的利用,减少了空气中二氧化碳的含量,还可以解决气候变暖的问题。这个消息公布以后,据说导致了农业板块的股价大跌,股民们以为从此以后农业技术就要过时了。

这事听上去好得不像是真的,很多人问我对这个技术怎么看,它究竟是真是假?是不是新时代的“水变油”?它不是“水变油”,这项技术是真的,已经写成论文发表在美国《科学》杂志上。但是,技术是真的,不等于作者、媒体描绘的前景就是可以实现的。

首先要考虑成本问题。该技术号称把空气中的二氧化碳合成了淀粉。但是淀粉是碳水化合物,由三种元素组成的:碳、氧、氢。二氧化碳只含有碳和氧,淀粉中的氢从哪里来呢?如果是植物的光合作用,氢是从水那里来的,植物是把二氧化碳和水合成了淀粉,合成用的能量来自太阳光。该实验的氢不是从水来的,而是直接来自氢气。氢气和水不一样,自然界没有现成的,需要去制备。例如将水电离生成氧气和氢气,把氢气作为原料。电离就需要用到电,所以它用氢气作为原料要比直接用水贵得多。该实验的第一个步骤是氢和二氧化碳在催化剂的作用下反应生成了甲醇,再用甲醇生产淀粉。生成甲醇这一步也要用到电,而且该反应是低效、高耗能的,这样成本又更高了。

这项技术实际上是用甲醇作为原料合成淀粉,如果直接用甲醇合成成本更低,只不过为了跟光合作用做对比,非要扯上二氧化碳,所以才多了一个二氧化碳跟氢气反应生成甲醇的步骤,成本也就变得更高。把甲醇变成淀粉也不是一步到位的,而是要经过好几个步骤。这些步骤并不完全是化学合成,还用到生物合成,还要用到生物催化剂——酶。而且用到了三种酶。酶很昂贵,做实验用到一点点酶,价格已经非常高。如果要大规模地生产,用到很多的酶,成本更高得不得了。三种酶的成本再加上电的成本,要比种田的成本都不知道高到哪去了,可能是成千上万倍的成本,没有实用的价值。

有一些人说,这是新技术,刚刚起步,所以成本比较高,以后发展了是可以把成本降下去的。但是这条技术路线要耗大量的电,又要用到酶,想把成本降得非常低,低到比种田还要低,在可预见的未来是不太可能的。退一步说吧,即使以后突然又有什么“颠覆性技术”可以让合成淀粉的技术的成本降到比种田的成本还要低,那么是不是真的就能够实现他们描绘的那个美好的前景,可以用来代替农业生产,而且还可以减排呢?

我们先来看第一个问题,它能不能代替农业生产粮食,或者像媒体说的,能不能把空气变成馒头?搞这项技术的科研人员说了,如果这个技术成熟了,那么用一立方的反应器生产出来的淀粉就相当于五亩玉米的淀粉产量。好吧,即使我们不考虑成本问题,是不是用这一立方米的反应器就可以代替种五亩的玉米呢?不行。我们种了五亩玉米,获得的玉米粒里头可不只是有淀粉,还有蛋白质、维生素、矿物质、纤维素,以及各种各样的对人体有用的东西,成分非常复杂。同样,媒体说“把空气变成馒头”也完全是错误的,馒头里头不只是有淀粉,还有蛋白质、维生素、矿物质……我们吃馒头不只是在吃淀粉,纯淀粉只能是作为食品的原材料,是不能当主食的,我们不能靠吃淀粉为生。所以,这项技术的成本降得再低,也代替不了种田,合成的淀粉代替不了从田里长出来的玉米,因为成分不等同。

我们再来看它的另一个应用前景,号称能够减少空气中的二氧化碳含量,有助于解决气候变暖的问题。把空气中的二氧化碳变成了淀粉,如果大规模地推广,的确是能够让空气中的二氧化碳含量大量地减少。但是,合成的淀粉并不是要储存起来的,而是要吃的。吃了以后,能量被人体利用,会产生废物。什么废物?二氧化碳。二氧化碳释放回空气里,这么一循环,最终并没有减少空气中的二氧化碳含量。当然,如果淀粉吃得很多,利用不了,会转化成脂肪,在人体里储存下来。大家难道为了减少空气中的二氧化碳含量,一个个都吃成大胖子吗?为了减排牺牲身体健康吗?即使做出了这个牺牲,为了减缓气候变暖大家都变成大胖子,人死了以后尸体烧掉,又产生二氧化碳,还是要释放回空气中。所以,靠合成淀粉最终减少不了空气中二氧化碳的含量,对于解决气候变暖是没有帮助的。

这项研究并不是一无所是。它是在模拟光合作用的过程,有学术价值,不然的话也不会在《科学》杂志上面发表。对于这项工作来说,最大的价值可能就是发表一篇论文。继续研究下去在别的方面也许能够得到应用,但是它描绘的那两个吸引人的前景——用来代替生产粮食和减少空气中的二氧化碳的含量是不可能实现的。所以,它的应用价值也就没有像作者吹的那么大,让人们以为以后不用种田了,用这套方法来合成淀粉就可以了,纯粹就是夸大其词。如果以此作为噱头去拉投资、办公司、上市,那么就是骗人。

2021.9.26.录制  2021.10.20.整理

(XYS20211024)

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