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    CO?變淀粉!中國科學家取得重大突破,和能源行業密切相關!
    日期:2021-09-29   [復制鏈接]
    責任編輯:sy_hudie 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
     利用二氧化碳人工合成淀粉,科幻電影照進現實。

    在全球氣溫變暖的嚴峻挑戰下,怎樣處理二氧化碳成了“老大難”。作為碳排放大戶的能源類企業,還會因為二氧化碳的過量排放,直接影響到企業的生存發展。

    有沒有這樣一種可能,把這種已經威脅到了地球環境的氣體,轉變成人類生存所必須的淀粉?這似乎是天方夜譚,但現在,已經被中國科學家變成了現實。



     
    01

    二氧化碳→淀粉

    淀粉是小麥、玉米等人類糧食的主要成分,只能由農作物通過光合作用,將太陽能、二氧化碳和水轉化而成。

    但日前,來自中國科學院天津工業生物技術研究所(下稱“天津工業生物所”)的科研人員,取得了一項突破性進展——不需要土地種植農作物,而是像釀造啤酒一樣,淀粉可以從工廠中直接制造出來。

    而這個過程中所需要的原材料,就是令人頭疼的二氧化碳。

    我國科學家成功實現二氧化碳到淀粉的從頭合成,這在國際上尚屬首次,相關成果于北京時間9月24日發表在國際頂尖雜志《科學》上,受到全球矚目。

    天津工業生物所的科研人員,創制了一條利用二氧化碳和電解產生的氫氣,人工合成淀粉的路線。反應步驟從自然界的60步左右,縮短到人工的11步,淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍。

    從能量角度看,光合作用的本質是將太陽光能轉化為淀粉中儲存的化學能。因此,將光能高效地轉變為化學能并儲存下來成為關鍵。

    “我們想到了光能—電能—化學能的能量轉變方式。”天津工業生物所副所長王欽宏說:“首先,光伏發電將光能轉變為電能,通過光伏電解水產生氫氣;然后,通過催化劑利用氫氣將二氧化碳還原生成甲醇,將電能轉化為甲醇中儲存的化學能。這個過程的能量轉化效率超過10%,遠超光合作用的能量利用效率。”

    科研人員挖掘和改造了來自動物、植物、微生物等31個不同物種的62個生物酶催化劑,最終優中選優,使用10個酶逐步將甲醇轉化為淀粉。

    據科研團隊介紹,在充足能量供給的條件下,按照目前的技術參數推算,理論上1立方米大小的生物反應器,年產淀粉量相當于我國5畝土地玉米種植的平均年產量。

    02

    對碳中和意義重大

    當今世界,全球正面臨氣候變暖、糧食危機等一系列難題,二氧化碳的轉化利用與糧食淀粉的工業合成,正是應對挑戰的重大科技之一。

    該成果尚處于實驗室階段,離實際應用還有很長的距離,但如果成本能降低到可與農業種植相比的經濟可行性,將有機會節省超過90%的土地和淡水資源,并消除化肥和農藥對環境的負面影響,對于提高人類糧食安全水平,促進“碳中和”的生物經濟發展都具有重大意義。

    我國提出力爭2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和的目標,這項技術為“雙碳”目標的實現提供了一種新的思路。

    “如果能夠在經濟可行性上與農業種植可以競爭的話,它會對我們的糧食安全,到二氧化碳的利用,到我們‘雙碳’的目標,都會起到非常重大的支撐作用。”論文通訊作者、天津工業生物所所長馬延和說。

    關于人工合成淀粉的產業化問題,馬延和表示,計劃在未來5至10年內,建立工業示范,以工業尾氣為原料,利用光伏等可再生電源分解水提供氫氣,在化學反應器中進行二氧化碳高效還原,在生物反應裝置中合成淀粉。

    論文第一作者、天津工業生物所副研究員蔡韜說:“我們的整體設計思路是將熱電廠和水泥廠排放的高濃度二氧化碳分離出來作為原料,將低密度太陽能轉化為高密度電/氫能作為能源,形成簡單的碳氫化合物,然后再設計出從碳氫化合物到淀粉的生物合成過程。”

    科研人員表示,如果人工合成淀粉示范可以達到理論能量轉換效率的80%,那么10度電大約可以合成1公斤淀粉,這項成果具有相當大的應用潛力。

    原標題:CO?變淀粉!中國科學家取得重大突破,和能源行業密切相關!
     
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    來源:石油Link
     
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