人工合成淀粉为什么无法取代农业？

望月湖 大国科技学苑 2024年12月28日 00:00 广东

中国科学家利用酶催化人工合成淀粉。该技术遥遥领先，有望实现亩产万斤的夙愿。

人工合成淀粉反应过程。

人工合成淀粉的简化流程三四年过去了，的全球多个团队都在研究提高太阳能到氢能到淀粉通路的效率。中国的科学家在提高甲醇到淀粉的合成效率的迭代研究中，一直领先。

根据天津工业生物所 2022 年视频采访中表示，迭代了三代淀粉合成技术。3代技术的碳转化速率已经是自然界玉米淀粉成的8.5倍。

这里对中国合成淀粉的不断进步是值得肯定和祝贺的。

但是未来人工合成淀粉无法大面积替代农业生产。且不说淀粉的营养价值。

下面从能源总量来说一下为什么不能完全取代，人工合成淀粉极限市场份额在十分之几。

2023年全国粮食总产量13908.2亿斤，如果完全转化为甲醇来生产，我们不考虑中间能源损耗，至少要1万亿千克甲醇，每千克甲醇约5.4度电。单单生产甲醇我们需要约5.4万亿度电能。考虑中间物质和能源损耗，将粮食完全转化为人工合成淀粉需要至少再建设现有电网规模，约9万亿度电能发电，输配电和用电终端。

而度电要低于0.2元，才能实现淀粉售价跟合成能源成本相当。

当然，如果在外太空，月球和火星，人工合成淀粉的优势将凸显。

即便是只有十分之几的市场份额，未来地球上的人工合成淀粉产业仍将非常庞大。

人工合成淀粉还节省土地；投入实际应用的话，一立方米大小的生物反应器中能够合成的淀粉量与五亩玉米相当。

植物通过光合作用把太阳能转换成电势能，进而驱动一系列生化反应把二氧化碳和水转化成含碳的能量载体和氧气，是碳基生物利用能源和碳物质的核心基础过程。但是自然光合作用中太阳能到化学能的转换效率太低，虽然理论值最高可以达到8%左右，但是实际上一般小于1%，因而消耗了大量的土地和水资源，难以满足人类社会面临的日益严峻的可持续发展挑战。

中国在西北开拓出80万平方公里的广袤平原，相当现在中国三大平原面积之和。

中国三大平原面积才82万平方公里。

西北的河套，河西和阿拉善等地平坦土地面积超过70万平方公里，塔里木盆地内平原面积也超过50万平方公里。

若能通过调水工程开发30万平方公里，也就是5亿亩的灌溉区，其他的能成为草原牧场。5亿亩灌溉区，需要约1500亿立方米的地面径流。

通过南水北调西线和黄河黑山峡获得500亿立方米水资源，加上祁连山内流区100亿立方米，塔里木河400亿立方米等水资源。总共可稳定每年获得1000亿立方米，这些新增加水资源在该区域内形成水循环，最终获得地面径流1500亿是有希望的。

下面介绍关键的几个工程内容；

南水北调西线

海拔高度的选择，在3000~3400之间。

线路的选择，在高度确定后，根据地形选择可调水量最大的线路。

南水北调西线设计从雅砻江和大渡河上游调走170亿至240亿水资源。

目前最优化方案如上图，改优化方案是望月湖在2024年12月跟公众号读者唐教授微信聊天，唐教授认为改嘉归汉工程的低成本有望在藏水入疆工程中复现，让望月湖等人设计藏水入疆，而在此之前，望月湖等人认为藏水入疆很难实现商业化建设和运行。

在两个星期之内，望月湖利用工程优化算法，在有限的地形数据下，实现了南水北调西线免收调水水费，仅通过黄河上游水电站发电，吨水收入1.4元，实现调水130亿吨，如果调水规模增加到240亿吨每年，则需要收取调水水费，因为海拔3200米以上的水资源没有这么多，需要在海拔3000米以下的水源地抽水。

有人认为抽水会增加运行成本，甘孜海拔水面3300，鲜水河3250，完全可以长隧洞自流阿坝。抽水是为了增加库容，下库需要存200亿的洪水。

另外抽水也是为了储能，储能电站运行时长不到5小时。而这4gw，运行24小时。电费能保证抽发相当。

抽水蓄能的回报时间缩短到8年以内。

目前此方案仍需要更多专业人士参与完善，线路也可能不是最优的。

该方案的出现，将会使得南水北调西线进入施工，但即便2025年重新设计，也要数年才能完成设计。

可见其紧迫性。

云运河

将黑山峡大坝加高至1420米至1450米之间。加高后的大坝将能够更好地拦截和蓄积来自上游的水流，再通过精心设计的调水线路，将这些宝贵的水资源输送到干旱缺水的西北地区，

云运河中间段走向

这是一条在天上云朵里的运河，暂且称为“云运河”工程。

云运河过玉门关

如上图是工程的关键，玉门分水岭海拔达到1400米，而降低100米，就可以实现黄河长江水流入新疆。

南水北调中线全长1432公里，落差只有100米不到。

上面规划的运河总长约2600公里。落差220米。

云运河塔里木盆地内走向待优化设计，

若能再降低100米起点和终点海拔，建设成本会更低。

长江黄河约500亿水资源调配给西北。

华北航运复兴工程

微山湖有水之后可以恢复卫河，京杭大运河的航运。

黄河下游将引入汉江、淮河水源至华北平原，实现黄河水量分流，下游恢复2000吨级航运，华北平原不缺水，黄河上游获2亿耕地。

黄汉运河（南水北调中线二线）总长600千米，具备通航2000吨级航道，年调水最低250亿立方米，过流能力2000立方米每秒。

华北航运复兴工程示意图

黄汉运河满足河南、河北、山东用水需求，同时防洪、蓄水，保证汉江、淮河下游用水。

改嘉归汉工程

并将汉江丹江口和嘉陵江亭子口水资源多年平均约600亿立方米至少450亿立方米调配到黄河下游。

实现丹江口水库以上多年调节。可以丹江口水库来水既可以满足黄河下游水资源需求每年至少450亿立方米，下排到亭子口水库，丹江口水库下游150亿立方米

丹江口水库遇极枯年份，抽取三峡、嘉陵江洪水，至少400亿立方米，三向分配。来水超800亿立方米，入黄汉水量560亿立方米。

引嘉济汉工程调水通路投资少于300亿，年调水90~250亿立方米，其中至少70亿为洪水。未来实施后，将成水资源利用里程碑。

了将嘉陵江亭子口水库全部洪水调配到汉江流域，按照最大流量2200方每秒的抽水蓄能加隧洞调水的方式，每天24小时抽水，最大可以抽水2亿立方米每天。

如上图，宝珠寺水库大坝加高至620米，水域面积由590米62平方千米增加到约150平方千米，增加库容约20~25亿立方米。

广坪河大坝坝高610米，朝天大坝坝高600米，一次建成，分期分批蓄水，待河道内所有拆迁完成后水面最高600米。初期水面高540米。

实现上面的目标可以确保汛期嘉陵江亭子口水库没有洪水下排，不存在泄洪弃水。