本文源自得到的卓克·科技参考 中的一篇评论文章——《“二氧化碳转变成淀粉” 中的误解与价值》，文章探讨了其真实进展、成本对比、传播误解和该技术的价值体现。【SynBioCon】认为有一定意义，与行业共享、共思。

正文如下：
中国团队 “把二氧化碳转变成淀粉” 的科学成果到底怎么样？这期《科技参考》我们就来梳理一下。

如果用最简单的话说，这个研究对应的科学成果是一流的，今后长期价值并不低，但二次传播中存在很多严重的错误。

下面咱们仔细说说。

01 成果背景与真实进展

二氧化碳转变成淀粉的成果，首次曝光是在2021年9月23日，《科学》杂志刊登了中科院蔡韬、马延和的论文《无细胞化学—酶促二氧化碳合成淀粉（Cell-free chemoenzymatic starch synthesis from carbon dioxide）》。

这个成果马上就被官媒报道了，2022年还入选了科技部中国科学十大进展，也列入了十四五基础研究和重大成果。此后，它就成为重点关注对象，到了今天已经是“科技自强自立、新质生产力、生物制造未来产业”的典范。

中科院的二氧化碳转变成淀粉的技术有重要的前身：

第一个是华盛顿大学贝克团队（David Baker）在美国科学院院刊发表的甲醛缩合酶的研发。他们人工设计了一种蛋白质，可以把3个一碳甲醛拼成3碳分子。

第二个是2017年中科院大连化学物理所李灿团队研发的ZnO–ZrO₂（氧化锌—氧化锆）催化剂，可以把二氧化碳和氢气高选择性（86%-91%）地转化为甲醇。

蔡韬和马延和做了第三步，把二氧化碳转变成甲醛后再变为淀粉，中间没有生物参与。这条技术路线在全球确实是首次实现，而且最近五年来，这条技术路线上的所有重要进展都是中国团队做出来的。

但在官媒集中报道后，自媒体在二次传播中出现了大量错误信息。

比较低级的错误包括“领先欧美顶尖团队10-15年”。实际情况是，确实领先，但远没有到领先10年的地步。因为科研细节都是公开的，别的实验室花几个月也可以复现这个结果。另外，还有瞎编的说“已经投产了，运行了3000小时，产出2吨淀粉”，还编出“成本会从120元/公斤降低到2030年的3元/公斤”。实际压根就没有这些事情。

而高级的错误就更隐蔽了，主要集中在“比玉米快8.5倍”、“太阳能转化成淀粉的效率7%，比植物的2%高很多”、“1m³反应器相当于5亩玉米地”、“占地效率比玉米高50倍”、“今后取代农业种植”。这些都是高级的误导。

下面咱们在分析错误的过程中顺便了解一下这个成果。

02 “效率比玉米快8.5倍”的真实含义

比如，大量媒体报道都报道“效率比玉米快8.5倍”。但这是什么效率呢？

一般，这半句前面提的都是玉米生长，于是非常容易让人以为是产生玉米淀粉的效率。如果真是如此，到现在五年过去了，全球农业早就应该发生翻天覆地的革命了。实际上根本不是产生淀粉的效率，而是“每毫克催化剂每分钟固定碳”的量。

它大致是这个意思：

首先，不论是把二氧化碳变成什么，其实都源自于一个更早的设计规划，就是全球温室气体的回收。回收二氧化碳，也就是让二氧化碳固化，固化成甲烷、乙醇、糖等等，就有后续的不同路径。

于是，如果你利用生物、微生物等等方式固碳，那么就要衡量，用了多少蛋白质，固定了多少碳。由于催化酶也是蛋白质，也是可以衡量的。而对比标准，就是跟农业或者林业里，自然状况下植物生长，把二氧化碳固定住的效率做对比。

这个研究中需要用到十几种酶，那么最终核算出的固碳速度是，每毫克蛋白质或酶，每分钟固定22纳摩尔（nmol）的碳。

然后就和农业种植中的玉米比，玉米合成淀粉也要用到蛋白质，但具体用什么蛋白质呢？这个研究是按以下数值核算的：生长120天，最终26.1%的生物总量变成了淀粉，而参与玉米淀粉代谢的蛋白质在生物总量中占2.17%。这么算完，最后玉米的速率是，每毫克蛋白质每分钟固定2.6nmol的碳。

22nmol和2.6nmol对比，就是8.5倍了。于是，这个8.5倍不是每平方米种植面积，不是每千瓦的能量消耗，也不是每块钱设备费用产生的淀粉。

但你说为什么不能理解成“人工合成淀粉效率是传统农业的8.5倍”呢？

你想想，人家玉米生长过程里，参与淀粉代谢的那些蛋白质，是从哪儿来的？你这个实验用到的十几种酶，又是从哪儿来的？

人家玉米是自带的，是按照玉米的DNA自动合成出来的，谁也不用操心，几千年来一贯如此。但这个实验里用到的十几种酶可不是生物体内的，都需要额外的实验室制作合成。而且生物制剂的活性是很关键的参数，稍有不慎，就会不合格。

所以，这些千山万水你不提，只提反应过程里蛋白质固碳的速率，然后找出一个8.5倍，把这个实验描述成一个秒杀传统农业的成果，这里的误导性就非常大了。

03 “转化效率7%”的核算漏洞

然后就是媒体传播中更误导人的一个说法，就是“太阳能转化成淀粉的效率是7%，而植物只有2%”，这就更容易让人认为是全链条的秒杀。

2021年9月《科学》那篇论文里是这样核算的：

有4个效率：光伏发电，效率20%；光电转换成氢，效率85%；氢转换成甲醇，效率68%；甲醇转换成淀粉，效率61%。

把4个效率相乘，就是7%。然后跟植物利用太阳能产生淀粉的粗略值2%一比，体现出3.5倍的比值。

这样比是不合适的。首先，第二步，从光电转换成氢，它是按85%的效率值算的，这个值过高了。国际能源署给绿氢做系统核算，低温电解制氢，再压缩到30 bar保存，核算由电到氢的能量效率，没有85%，只有65%。当然，这是一个小问题。

更大的问题是，这么核算，把整个实验最耗能的环节全都排除在外了，主要就是那几种重要的酶的制备，以及发生化学反应所要维持的高温高压状态所需要的能量。

好，我们先不管那些制备酶和维持反应所需要的能量，只核算这几步的效率。

今天，10 kV大工业用电，平均每度电电价是0.65元，1 kg淀粉存储的化学能是17 MJ，核算等于4.72度电。把这些效率一除，最终每公斤淀粉的电费成本，在这个实验中就是11.1元。而今天市场上玉米淀粉是多少钱一公斤呢？2.9元。

所以，这可就贵多了，这个实验光是电费，玉米淀粉就已经10多块钱一公斤了。

但这么对比依然是不公平的。因为玉米淀粉2.9元每公斤的市场价里，包含了农民的工资、工人的工资、渠道运输费用、农机设备折旧费等等一切隐形成本。然后再加上每一个链条还留出了足够的利润之后，才是2.9元每公斤。

而那个二氧化碳合成淀粉，制备蛋白酶的成本，再加上二氧化碳制备收集的成本、甲醇设备的成本、人员工资、设备折旧和一旦产业化后必须留出的每个环节的利润，咱们可全都按零计算的。但尽管如此，依然是玉米淀粉售价的4倍多。

真要挨个条目拉出来，用当下的成本去对比：要知道，哪怕是今天食品级用量很大的酶，比如α-淀粉酶、糖化酶，那也要几十块钱一公斤。而这个实验里用到的14种酶，至少有7种还没有商业化产能。而这个实验方法下，酶的用量是非常大的，大约7公斤酶产出1公斤淀粉。生物制剂市场上，低产量的酶每公斤售价，要是找最贵的，甚至可以超过一百万美元一公斤。这个实验用了十几种酶，一定要核算出一个成本，算完了，1公斤淀粉几千块钱成本是轻轻松松的。

那我们就说这种实验成本高得邪乎没有意义吗？

不会啊，我们依然认为这是一流的科学成果并且有长远的价值。只是当前这样对比是没有意义的，因为科研项目压根就不应该跟已经工业化、农业化的项目对比。

可是有些媒体却专挑某一个环节，试图让不明真相的大众认为，这种方式效率比传统农业还高好几倍，让大众在没有了解事情全貌的情况下，失去了正确的比例感。

04 “占地效率高50倍”的逻辑问题

这种调调的报道还有很多，比如宣传说“占地效率比传统农业高50倍”，具体数值对比是243.7g淀粉/m²/天，比粮食作物高50倍。

但你看论文里是怎么去核算工业体系的占地面积的？它就按一个1.3 L发酵罐的底面积0.0095m²去核算的。

那就很有意思了。玉米种植那边的面积你是一平米也没少算，到了二氧化碳转化成淀粉这里，给发酵罐供电的光伏板面积呢？电解氢的设备面积呢？乙酸或者甲醇合成装置的面积呢？为整体设备运转提供高压高温而必须配备的冷却塔、变电站、压缩机都去哪儿了呢？

尽管把这些都考虑进来，很可能依然还是人工淀粉这个技术路线更节省土地面积，但你至少应该去客观对比；或者没有对比的话，也提一句：“其他很多设备没有计入其中”，不能这么挤兑传统农业吧？

而另外那种说法“1立方米反应器相当于玉米种植的5亩地”，在逻辑上跟上述是一致的，咱们就不赘述了。

05 未来落地的领域

那么这项技术真正能够落地哪些产业呢？

今天常见的报道里会给你分析说：“在那种功能性淀粉的市场，未来会有它的一席之地。比如，抗性淀粉。这种淀粉在小肠无法被吸收，会直接进入大肠，但是它却能够提供和淀粉一样的口感、饱腹感，这不就特别受三高人士的欢迎吗？还有淀粉的衍生物，比如α/β/γ环糊精。还有提供甜味的阿洛酮糖，都需要对淀粉原材料结构有要求。这些都是这项技术的潜在市场，因为当前这些原材料售价都是大几十块钱到一两百块钱一公斤，远远高于普通淀粉的2.9元一公斤。”

其实这些说法也都是错的。因为刚刚我们提到的那几种功能性淀粉和衍生物，今天都在激烈的竞争中，通过对传统淀粉的改进，成本全都在快速下降。

尤其是中国的生物科技公司和食品技术公司，已经开卷了。比如，高直链淀粉从六七年前的20万块钱一吨已经降到了两三万块钱一吨。阿洛酮糖2015年刚刚被批准用于食品，今天已经出现了产能过剩的苗头。这些原料的高价其实维持不了很多年，等着靠电把二氧化碳变成淀粉这个技术路线，是远远赶不上食品企业疯狂卷价格的节奏的。

它真正能发挥不可替代作用的就是太空领域。因为这项技术需要的基础条件少，只需要电、酶、二氧化碳、一部分占地面积。这些在太空是不缺的，电可以靠太阳，酶可以自己带上去，宇航员自身就产生二氧化碳，月球上空地有的是。

而且中国航天规划里本来就有这类试验，比如，中国空间站梦天舱就进行过12次“地外人工光合作用试验”。NASA也举办过二氧化碳转化挑战赛。

因为传统农业或者食品科技所需要的必要条件太多了，只不过这些条件大都是地球大气环境中常见的条件，我们不觉得奇怪而已。而一旦拿到太空，这些工业化技术，显然就不如二氧化碳转化成淀粉的门槛更低了。

相关报道：

来源：

得到-卓克

平台声明：部分素材来自全网。分享仅为行业信息传递与交流。欢迎行业投稿！如有需求，请联系我们：15356747796（微信同号）。