图 / 通过电化学耦合生物发酵实现将二氧化碳和水转化为长链产品的示意图。（研究团队供图）

把二氧化碳转化为高附加值化合物，“变废为宝”，是科技界持续攻关的重要领域。

此前，我国科学家在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。那么，二氧化碳除了可以“变”淀粉，还能“变”其他东西吗？

“空气变油、变葡萄糖”也实现了！

据新华社报道，日前，我国科学家独创了一种二氧化碳转化新路径：

通过电催化与生物合成相结合成功以二氧化碳和水为原料合成了葡萄糖和脂肪酸，为人工和半人工合成“粮食”提供了新路径。

葡萄糖和油脂是重要的粮食成分，通过催化过程将二氧化碳转化为葡萄糖或者油脂，长期以来国内外研究者众多，但成功案例非常罕见。

那么，二氧化碳究竟是如何变成葡萄糖和油脂的？

此项研究中，科研人员首先将二氧化碳高效还原合成高浓度乙酸，然后用酿酒酵母对乙酸进行发酵。“这个过程可以理解为，先将二氧化碳转化为酿酒酵母的‘食物’乙酸，然后酿酒酵母不断‘吃醋’来合成葡萄糖和脂肪酸。”研究完成者之一、中国科学技术大学教授曾杰说。

图：新华网

得到乙酸后，研究人员尝试利用酿酒酵母这一微生物来合成葡萄糖。

“酿酒酵母主要用于奶酪、馒头、酿酒等发酵行业，同时也因其优秀的工业属性，常被用作微生物制造与细胞生物学研究的模式生物。”于涛说，利用酿酒酵母通过乙酸来合成葡萄糖的过程，就像是微生物在“吃醋”，酿酒酵母通过不断地“吃醋”来合成葡萄糖。

自然界中粮食作物生长受季节、地域、气候的影响，此项研究完全实现人工可控，突破了众多外界条件限制。“利用这种电催化与生物合成相结合的模式，‘从无到有’地在克级水平合成了葡萄糖，这显示了该策略较高的生产水平与发展潜力。” 研究完成者之一、中国科学院深圳先进技术研究院研究员于涛说。

“未来，如果要合成淀粉、制造色素、生产药物等，只需保持电催化设施不变，更换发酵使用的微生物就能实现。” 研究完成者之一、电子科技大学教授夏川表示，从科研成果的产出到规模化应用仍有较长距离，有赖于相关技术的全面提升和成本的持续降低。未来，将进一步研究电催化与生物发酵这两个平台的同配性和兼容性。

图 / 新华网

新型催化方式有坚实根基

近年来，随着新能源发电的迅速崛起，电力成本下降，二氧化碳电还原技术已经具备与依赖化石能源的传统化工工艺竞争的潜力。

同时，微生物作为活细胞工厂，其优点是产物多样性很高，能够合成许多无法通过人工生产或人工生产效率很低的化合物，是非常丰富的“物质合成工具箱”。

“这样，合成葡萄糖和油脂所需要的电力和微生物就有了保障，通过电催化结合生物合成的新型催化方式就有了坚实的根基。”夏川说。

对此，中国科学院院士、中国催化专业委员会主任李灿研究员评价，这项工作耦合了人工电合成与生物合成，发展了一条由水和二氧化碳到含能化学小分子乙酸，然后经工程改造的酵母微生物催化合成葡萄糖和游离的脂肪酸等高附加值产物的新途径，为人工和半人工合成“粮食”提供了新的技术。

上海交通大学微生物代谢国家重点实验室主任邓子新院士评价：该研究开辟了电化学结合活细胞催化制备葡萄糖等粮食产物的新策略，为进一步发展基于电力驱动的新型农业与生物制造业提供了新范例，是二氧化碳利用的重要发展方向。

该成果28日以封面文章形式在国际学术期刊《自然·催化》发表。

我国科学家已经实现用二氧化碳合成淀粉

而在此之前，我国科学家已经实现了从二氧化碳到淀粉的全合成，为国际上首次！

2021年9月23日，中国科学院召开新闻发布会，介绍该院天津工业生物技术研究所在人工合成淀粉方面取得的重要进展。该所研究人员提出了一种颠覆性的淀粉制备方法，不依赖植物光合作用，以二氧化碳、电解产生的氢气为原料，成功生产出淀粉，在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成，使淀粉生产从传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能，取得原创性突破。相关研究成果9月24日在线发表于《科学》杂志。

淀粉是“粥饭”中最主要的碳水化合物，是面粉、大米、玉米等粮食的主要成分，也是重要的工业原料。目前，淀粉主要由绿色植物通过光合作用固定二氧化碳进行合成。农作物的种植通常需要数月的周期，使用大量的土地、淡水、肥料等资源。

那么，除了光合作用外，还有没有效率更高的二氧化碳生产淀粉的方式？

为解决这一难题，中科院天津工业生物所研究人员从头设计了11步主反应的非自然二氧化碳固定与人工合成淀粉新途径，在实验室中首次实现了从二氧化碳到淀粉分子的全合成。

“这一人工途径的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，向设计自然、超越自然目标的实现迈进了一大步，为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础。”论文第一作者、中科院天津工业生物技术研究所副研究员蔡韬说。

在充足能量供给的条件下，按照目前的技术参数推算，理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于我国5亩土地玉米种植的平均年产量。

图 / 科技日报，记者陆成宽拍摄

论文通讯作者、中科院天津工业生物技术研究所所长马延和表示，该成果为从二氧化碳到淀粉生产的工业车间制造打开了一扇窗，如果未来该系统过程成本能够降低到与农业种植相比具有经济可行性，将会节约90%以上的耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响，提高人类粮食安全水平，促进碳中和的生物经济发展，推动形成可持续的生物基社会。

同时，中国科学院副院长、党组成员，中国科学院院士周琪在发布会上强调，这项成果尚处于实验室阶段，离实际应用还有相当长的距离，后续还需要尽快实现从“0到1”的概念突破到“1到10”和“10到100”的转换，最终真正成为解决人类发展面临重大问题和需求的有效手段和工具。

图 / 科技日报，记者陆成宽拍

此外，该成果也得到了国内外领域专家的高度评价。

《科学》杂志新闻部执行主任梅根·菲兰认为，该研究成果将为我们未来通过工业生物制造生产淀粉这种全球性重要物质提供新的技术路线；中科院院士赵国屏表示，这是一项具有“顶天立地”重大意义的科研成果；德国科学院院士、欧洲科学院院士曼弗雷德雷兹称，本项工作将该领域的研究向前推进了一大步，同时将天津工业生物技术研究所推向了国际顶尖水平。

一门大生意

男子卖“废气”两年赚3000万

据河南电视台·都市快报报道，郑州的李晓龙在2019-2020年靠卖二氧化碳赚了3000万元。连李晓龙的父亲也不理解，还以为儿子搞传销诈骗了。

但这是个正式职业——2021年3月，“碳排放管理员”被正式列入国家职业系列。

李晓龙任总经理的郑州裕中能源是河南唯一一家做碳排放权交易的公司。

国家每年划定碳排放总额，给相关企业也划定排放额度上限。企业盈余的排放额度可在国家的碳排放市场上进行交易，出售给碳排放超额的企业，这样“多退少补”确保每年国家的碳排放总额不超标，企业为了减排省钱，也会努力做到环保式发展。

李晓龙说在2019和2020年，公司的碳排放盈余80多万吨，进行碳交易就盈利了3000多万！

作为新兴职业，每位“碳排放管理员”都需要持证上岗，目前人才需求量很大，河南去年碳排放管理员不超过100人，月薪在一万五到两万五的水平，在北上广月薪能达三到五万。

“绿水青山就是金山银山”，碳排放交易就是这句话的生动实践，二氧化碳这个“废气”管好了，环境能变好，钱包也能变饱！

来 源 | 21财闻汇、新华网、新华社、科技日报、河南电视台·都市快报