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CO?變淀粉!中國科學(xué)家取得重大突破,和能源行業(yè)密切相關(guān)!
日期:2021-09-29   [復(fù)制鏈接]
責(zé)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(xiàn)實。

在全球氣溫變暖的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)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(yè),還會因為二氧化碳的過量排放,直接影響到企業(yè)的生存發(fā)展。

有沒有這樣一種可能,把這種已經(jīng)威脅到了地球環(huán)境的氣體,轉(zhuǎn)變成人類生存所必須的淀粉?這似乎是天方夜譚,但現(xiàn)在,已經(jīng)被中國科學(xué)家變成了現(xiàn)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(nóng)作物通過光合作用,將太陽能、二氧化碳和水轉(zhuǎn)化而成。

但日前,來自中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所(下稱“天津工業(yè)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(nóng)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(xué)家成功實現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成,這在國際上尚屬首次,相關(guān)成果于北京時間9月24日發(fā)表在國際頂尖雜志《科學(xué)》上,受到全球矚目。

天津工業(yè)生物所的科研人員,創(chuàng)制了一條利用二氧化碳和電解產(chǎn)生的氫氣,人工合成淀粉的路線。反應(yīng)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(zhì)是將太陽光能轉(zhuǎn)化為淀粉中儲存的化學(xué)能。因此,將光能高效地轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能并儲存下來成為關(guān)鍵。

“我們想到了光能—電能—化學(xué)能的能量轉(zhuǎn)變方式。”天津工業(yè)生物所副所長王欽宏說:“首先,光伏發(fā)電將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?,通過光伏電解水產(chǎn)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(zhuǎn)化為甲醇中儲存的化學(xué)能。這個過程的能量轉(zhuǎn)化效率超過10%,遠(yuǎn)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(yōu)中選優(yōu),使用10個酶逐步將甲醇轉(zhuǎn)化為淀粉。

據(jù)科研團隊介紹,在充足能量供給的條件下,按照目前的技術(shù)參數(shù)推算,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)于我國5畝土地玉米種植的平均年產(chǎn)量。

02

對碳中和意義重大

當(dāng)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(zhuǎn)化利用與糧食淀粉的工業(yè)合成,正是應(yīng)對挑戰(zhàn)的重大科技之一。

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

我國提出力爭2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實現(xiàn)碳中和的目標(biāo),這項技術(shù)為“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)提供了一種新的思路。

“如果能夠在經(jīng)濟可行性上與農(nóng)業(yè)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(biāo),都會起到非常重大的支撐作用。”論文通訊作者、天津工業(yè)生物所所長馬延和說。

關(guān)于人工合成淀粉的產(chǎn)業(yè)化問題,馬延和表示,計劃在未來5至10年內(nèi),建立工業(yè)示范,以工業(yè)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(xué)反應(yīng)器中進行二氧化碳高效還原,在生物反應(yīng)裝置中合成淀粉。

論文第一作者、天津工業(yè)生物所副研究員蔡韜說:“我們的整體設(shè)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(zhuǎn)化為高密度電/氫能作為能源,形成簡單的碳?xì)浠衔?,然后再設(shè)計出從碳?xì)浠衔锏降矸鄣纳锖铣蛇^程。”

科研人員表示,如果人工合成淀粉示范可以達(dá)到理論能量轉(zhuǎn)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(dāng)大的應(yīng)用潛力。

原標(biāo)題:CO?變淀粉!中國科學(xué)家取得重大突破,和能源行業(yè)密切相關(guān)!
 
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來源:石油Link
 
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