資訊站/二氧化碳人工合成澱粉
中國科學院在9月23日舉行新聞發布會，稱中國經過多年研究攻關，在澱粉人工合成方面取得重大突破進展，為國際上首次實現從二氧化碳到澱粉的全合成。
在實驗室內，科研人員首先通過光伏發電將光能轉變為電能，通過光伏電水解產生氫氣，然後通過催化利用氫氣將二氧化碳還原生成甲醇，將電能轉化為甲醇中儲存的化學能。甲醇儲存了來自太陽的能量，但是自然界中並不存在甲醇合成澱粉的生命過程。於是，科研人員設計出一條包含10步主反應的甲醇到澱粉的人工路線。最後，科研人員使用10個酶逐步將一碳的甲醇轉化為三碳的二羥基丙酮，進一步化為六碳的磷酸葡萄糖，最終合成了直鏈和支鏈澱粉。
在自然界之中，植物能進行光合作用自製食物。光合作用需要光的能量來進行，主要為太陽提供的光能，過程中植物把來自空氣的二氧化碳和來自泥土中的水轉化為食物，同時產生氧氣。植物的葉綠素會吸收光能，在光合作用的過程中，光能會轉換成化學能，儲存在已製成的食物內。經光合作用製成的食物是葡萄糖，葡萄糖是植物生長和進行呼吸作用所必需的。葡萄糖可供植物即時使用，未被使用的葡萄糖會轉化成澱粉作為備用。
比較之下，人工合成澱粉在各方面都較植物透過光合作用產生的玉米澱粉優勝。第一，人工合成澱粉把光能轉化為化學能的比率是7%，較玉米澱粉的2%為多。第二，人工合成澱粉能夠在全天候車間連續生產，但玉米澱粉需要陽光、灌溉、施肥施藥，另外收割生產受季節限制和氣候影響。第三，人工合成澱粉的生產周期只需一至兩天，但玉米澱粉卻需要四至六個月。第四，一立方米生物反應器能夠生產的人工合成澱粉，相等於五畝玉米田的產量，前者佔地面積較少。
由此可見，人工合成澱粉能夠節約90%以上的耕地和淡水資源，促進碳中和的生物經濟發展，助力解決全球食問題，又能減少由肥料和農藥引致的污染。然而，人工合成澱粉目前尚處於實驗室階段，其生產成本仍然過高，離實際應用和量產還有距離。另外，在人工合成澱粉過程中，無法產出生物所需的氧氣，未能完全取代植物光合作用的重要性。因此，在地球的生態系統之中，我們仍然需要植物，不能缺少花草樹木。
李偉雄老師香港STEM教育學會理事 林伯強
