技术很牛逼。如果能解决成本问题,那么接下来的话题就是:
我的天呐,这是真的吗?
用二氧化碳人工合成淀粉?
会不会是瓜羊头卖狗肉的假新闻?
身为吃瓜群众,我知道自己孤陋瓜闻,但我不能事不关己高高瓜起,所以我就顺藤摸瓜,摸到了著名国际学术期刊《科学》的网站。
那篇我国科学家突破二氧化碳人工合成淀粉技术的文章赫然在目。
看来这次的新闻是真的。
我们都知道,在自然界中许多植物通过光合作用,将葡萄糖转化为淀粉存储在根茎和种子中,这成为我们人类赖以生存所必须的主食成分。
现在,我国科学家开发出一种新技术,将二氧化碳用催化剂还原成甲醇,然后再转化成三碳和六碳,最后聚合成为淀粉。这个过程合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍。
要知道玉米淀粉在全球占有75%的市场份额,不仅作为人类的食物,也是医药、食品、化妆品、饲料、石油钻井、金属铸造、纺织、造纸、建筑、日化等行业的重要材料。
因此,人工合成淀粉技术带来的巨大影响,将是我们想象不到的。
我们打开脑洞思考一下。
一座淀粉合成工厂,它不需要占用大面积的耕地,也不需要耗费淡水资源,更不需要洒农药,施化肥,只要从大气中吸入二氧化碳,通过人工合成技术,就能源源不断生产出淀粉。这简直就是神话一般的场景。
我们再把眼光从地球挪到火星。
火星的大气虽然远比地球稀薄,但是其中95.3%是二氧化碳。而且在火星的两极覆盖着固态的二氧化碳。
如果将来我们向火星移民,那么二氧化碳人工合成淀粉技术,将会解决火星移民的主食以及工业需求。
想象一下,在太阳系已知最大的山—火星奥林帕斯山上,最大的峡谷—火星水手号峡谷中,崛起一座座中国的全自动淀粉合成无人工厂,源源不断向中国人的火星城市输送给养。
想到这里,身为吃瓜群众,我对中国科学家突破二氧化碳人工合成淀粉技术瓜目相看。
清心瓜欲的我,万粉期待这一技术瓜熟蒂落。
虽然这项新技术,从实验室到量产阶段,还有长路要走,
但既然迈开了第一步,
中国人就绝对不会止步。
利好新能源,把太阳能电池板铺满沙漠,然后产生淀粉,狗大户要来送钱了,沙特也能出口粮食了。
(PS:狗大户工业水平不行,可能二氧化碳不够)
不请自来。
利益相关: 催化研究相关人员
泼一点冷水。
确实是重大突破,但是还是要明白一点,这个技术并不是像植物一样靠二氧化碳和水作为原料产生淀粉。这个原料是二氧化碳不假,但是采访中也提到了,需要在高密度氢气下进行反应,是需要大量氢气做还原剂将二氧化碳转化为甲醇,再进行后面的一系列合成步骤。很明显,这和当前的光合作用从原料上来讲有着本质区别。现今工业上大部分的氢气还是来自于化石燃料(比如石油的重整反应,低碳烷烃的脱氢,水煤气反应等),除非哪天能解决氢气的供应问题(比如高效的太阳光光解水),否则这个报道里的工艺短时间内还是没有很明显的工业应用前景。还有包括它还需要酶作为催化剂,还无法全部用无机工业催化剂替代,不太符合现在化工行业的大规模生产。只能说,还是任重道远。
当然,这个工作确实也是人类迈出的一大步,值得鼓励,只是希望大家现在不要有一些不切实际的想法,包括什么获得诺贝尔奖什么的,就大可不必了。
我就不明白了,在只有理论能量转换效率,而没有透露任何全流程能量损耗的时候,为什么一个个都这么兴奋的跟什么全球变暖挂钩?
说白了,通过化学手段吸收二氧化碳达到固碳的效果实际上并不难,太多的路线可供选择了。但是在全流程能量能耗上有竞争力,能够大规模推广,并且在经济上至少不太亏的路子,那就很少了——甚至可以说没有。
所以,如果不涉及这块,那么其实就是研发成功了一个新的化学合成路线。未来也许能在某些特定场景下达到工业化,但是说到解决全球变暖,这就夸张过头了。
“邪恶集权帝国的疯狂科学家搞出了一丁点可怜的淀粉。”
“异教徒的国家在毫无意义的领域取得了一些进步。”
“中国试图直接用能量把常见物质合成为食物。”
“东方文明古国在引导人类未来方向这方面是有可取之处的。”
“伟大的社会主义祖国用崭新的革命性技术喂养着全世界!”
人工合成淀粉是第一没有经济意义的。
那篇科学杂志人工合成淀粉的原料是氢气和二氧化碳。
反应第一步的生成物是甲醛。
现在一公斤氢气的价格在70-80元区间,而一公斤甲醛的价格是1元左右。一斤玉米淀粉3元左右。
甲醛的分子量是30,氢气的分子量是2。
根据文中的反应方程,6公斤氢气可以生成30公斤甲醛。
6公斤氢气至少要300元,生成的甲醛却只有30元。
所以反应的第一步就开始巨亏钱了。原因是氢气较贵。甲醛较便宜。能源化学上没有意义的。
第二这个流程其实不新鲜的,二氧化碳和氢生产甲醇(煤制甲醇或者天然气制甲醇,未来核反应堆供氢制甲醇),这个是已经大规模工业化生产了。把氢气变成甲醇从来也没有人怀疑,有无数种办法。但是没有人觉得这么做是有意义的事
甲醇发酵产生葡萄糖也不新鲜的,那就更多了。不清楚这个实验创新在哪里。
这篇文章,如果标题是写成将将氢气变成甲醇,绝对发不了科学了。如果大众意识到是将氢气变成甲醇,也就不会兴奋了。因为那是将黄金变成废纸。这篇文章的作者,主要玩的花招,是说成将CO2变成淀粉。让人觉得将废物变成了宝贝。这就是个怎么包装的
问题。
现在大部分科研都是想方设法从有机物中搞出氢气来。比如从玉米到酒精再到氢气。或者从木头到氢气。甲醇制氢,这是新能源方向的大热门,实际中真正需要的技术。而不是反过来。
很少有人会想办法把氢气变成有机物。有机物到处都是,不值钱。而氢气很值钱。
科研目标应该是人工合成叶绿素,在人造叶绿体中合成葡萄糖。
不过这个新文章还是有创新,总比某科学家把空气中二氧化碳与地下开采的钙盐结合生成碳酸钙埋到地层深处的实验文章有意义
下面大致估算一下合成淀粉的成本,数据来源于网络:
1、光伏发电。据说现在成本已经降至0.1元/度,如果采用废电,成本计算可以更低,假设按照0.05元/度。
2、电解水:按照理论,一度电大致产生30g氢气,当然效率不会百分百。氯碱工业可以在95%以上,电解水据说低一些,咱们按照一度电大致产生25g氢气计算,一公斤氢气是两元成本。但实际上,电解往往还有其他产品,例如氧气、氯气、烧碱等等。即使电解水只有氧气一个副产品,也可以给氢气降低很多成本了。咱们就按照氢气成本再打折,一元每公斤,也就是1000元每吨。不过按原计算还是2000元/吨。
3、工业二氧化碳没查到价格,就按照前些年老价格300/吨。按照方程式,44吨二氧化碳+6吨氢气,生成32吨甲醇。甲醇成本790元/吨。考虑其他成本和产率,咱们按照1200元/甲醇计算。
4、甲醇变淀粉,据说还有9个步骤,假设每个步骤工业化产率90%,那就是收率0.4以下,也就是说单从原料成本,淀粉生产3000元/吨。考虑到其他成本,而且是连续化生产并且不算折旧,应该不会低于5000元/吨。
肯定是比现在淀粉价格高,但是如果能够降低原料成本,提高每一步效率,例如每一步产率95%以上,淀粉生产成本可以控制在2500元以下。
更何况从节约土地、粮食储备等角度说,功德无限。
正如有些答主隐晦的提到了,这项技术意义重大,但未来商业化落地几乎不太可能,目前只能算实验室的研究。
国外早已经率先合成了单糖,这次中国的科技人员是更近一步的合成了结构更复杂的淀粉。
这次的宣传其实是有误导性的。二氧化碳不是直接变成淀粉,而是先和氢反应生成甲醇,再由甲醇酶化成淀粉。本次研究只是甲醇通过酶化合成淀粉的部分。
而二氧化碳变成甲醇,这是储能行业的技术,是现成的成熟工艺,就是所谓的“液体阳光”,而且只是储能研发的一个小分支,能量转化率不到35%,无法大规模推广,只能部分特殊地区使用。即使仅在储能领域,都是最差的方案之一。无论是用四川的水电还是甘肃的太阳能,甚至未来的核聚变,电力能源充沛并不等于无成本。这部分是强行加入进来的,并不算这次的研发内容。可以讲,第一步就已经走不通。
而甲醇目前价格3200一吨,淀粉2900一吨,按科研人员接受采访自己说的,几公斤甲醇最后生成了2克淀粉而已,目前转化率不足千分之一。即使未来这个工艺研究到极致,可以0成本0损耗转换,用价格更高的甲醇生产更便宜的淀粉,生产出来也是亏本的,没有商业化的价值。
综上,二氧化碳合成淀粉整个流程,是两个注定亏钱的步骤缝合在一起,无论技术怎么提升,未来都是赔本买卖。
所以这项技术意义重大,实现了模拟自然0到1的突破,向科技人员致敬!但这个技术更像是一种特殊情况下的技术储备,正如评论里有人提及的,即使技术成熟也看不到产业化的未来。生产出单糖就已经可以给人或动物供能,没必要再进一步合成淀粉。淀粉吃下去也要分解为葡萄糖。而二氧化碳转单糖早就已经研究出来了。
这个技术连国家重点科研项目都算不上,不知道全网为什么这么兴奋,连诺奖的说法都出来了。
哪怕第一步二氧化碳变甲醇,能做到比现在普通工艺做的甲醇便宜,各种意义都比后面做淀粉的技术成就大十倍百倍!淀粉不缺,甲醇可是工业基础材料,今年到处缺货,一直在涨价。
至于什么星辰大海,连研发人员也没敢这么吹。都星辰大海了还吃啥破烂淀粉哟,哈哈。
看了一下,最厉害的进展是在甲醇合成到淀粉的步骤。如果直接以工业界的眼光来看,这一步实在是太没用了,因为淀粉太便宜,很难在可预见的未来给这个技术找到一个应用的场景。当然,从科学上来说这个工作的水平非常高,对于其他大宗有机产品的合成与生产也有很大的启发意义。
甲醇之前的两个步骤呢,二氧化碳制甲醇这一步冰岛已经有化工厂在做了,电解制氢瑞典好像有一个厂正在盖。总之都是属于还没大规模商业化,但是好像已经摸到一点儿边这种。如果要让这个人工合成淀粉的技术在实际生产中落地,前面两步反应的商业化必不可少,不然像现况这样甲醇和氢气的生产都严重依赖天然气,灰氢生产本身就还带有大量的碳排放,这笔账无论如何是不划算的。
总之就是觉得我们这种干绿氢的人还是责任挺重大的,未来五年之内大家应该会看到各种电解氢的厂子小规模开始上马了,但是从成本上应该还是干不过传统的天然气重整制氢。我们也希望类似的氢气应用技术能搞快点搞多点,把氢气需求拉上去一些。在新能源这个大领域兄弟爬山,各自努力。