大家应该都还对我国科学家在去年9月份实现将二氧化碳转化成淀粉的伟大发明记忆犹新，这才刚过去半年多时间，一项关于二氧化碳合成物的新成果又出来了：我国科研人员通过电催化结合生物合成的方式，将二氧化碳高效还原合成了高浓度乙酸，并进一步利用微生物合成了葡萄糖和脂肪酸（油脂），又是一项伟大的变废为宝的技术手段。
二氧化碳制造淀粉的生成过程示意图
上图中右侧为二氧化碳最终制备的葡萄糖，左侧为用于制备葡萄糖的酵母菌株发酵液。
著名学术杂志《自然・催化》在今年的4月28日以封面文章的形式发表了一项二氧化碳合成物的最新研究成果，论文是由我国电子科技大学夏川课题组、中国科学院深圳先进技术研究院于涛课题组与中国科学技术大学曾杰课题组共同完成的，其中表述了该研究团队通过电催化结合生物合成的方式，将二氧化碳高效还原合成高浓度乙酸（食醋的主要成分），并进一步利用微生物合成葡萄糖和脂肪酸（油脂）的过程。
二氧化碳可谓是如今这个时代最受关注的事物了，它是如今人类在社会生产中产生最多的废物，是全球变暖的“元凶”，也是碳减排的对象，所以它是一种让人担忧甚至恐惧的工业化产物，但同时它又能做很多种碳水化合物的生产原料，比如科学家们已经将它合成酒精、淀粉、汽油、塑料、甲酸等多种产物，可在能源、资源、食品等方面应用，有些种类还已经工业化量产了。
试管中白色粉末是二氧化碳制造的淀粉
比如二氧化碳合成汽油技术，今年的3月初，我国研发的全球首套1000吨/年采用二氧化碳加氢制备汽油中试装置已在山东邹城工业园区开车成功，顺利生产出符合国VI标准的清洁汽油产品，汽油燃烧能产生二氧化碳，然而二氧化碳又能合成汽油，这为碳减排、碳循环都创造了新途径。
二氧化碳合成葡萄糖这一过程是如何操作的呢？原来课题组研究者们先把二氧化碳变成了“食醋”，也就是乙酸，它是可供微生物利用的原料，方便微生物发酵。
乙酸水溶液就是白醋，是可以吃的！那么怎样将二氧化碳制成乙酸呢？研究者们发明了一种高效的电催化技术，先将二氧化碳高效分解出一氧化碳，然后在常温常压的条件下通过脉冲电化学还原工艺形成的晶界铜催化合成乙酸，其合成效率高达52%，其催化方式不会产生大量的电解质盐，基本就是纯乙酸水溶液，然后再进行发酵操作制造葡萄糖等物质。
固态电解质反应器
电解反应合成乙酸示意图
这一过程说白了就是微生物“吃醋”生产葡萄糖，可利用酿酒用的酵母菌这种微生物来分解乙酸并合成葡萄糖，在这一过程中，酵母菌也会吃掉一部分乙酸和葡萄糖，虽然制造的葡萄糖多于被吃掉的部分，不过为了减少酵母菌对葡萄糖的消耗，研究团队通过基因技术敲除了酿酒酵母中代谢葡萄糖的三个关键酶元件，废除了酿酒酵母代谢葡萄糖的能力，实验发现合成的葡萄糖产量达到了1.7g/L，再通过蒸馏等技术提取就可以获得较高浓度的葡萄糖了，同时还能制造出部分游离的脂肪酸。
我们都知道酵母菌能用来发面，实际上这种菌类的工业化应用非常大，面食行业，酿酒行业等都会大量使用它，如果今后乙酸合成葡萄糖形成产业，那它就又多一种应用了。
中科院院士、中国催化专业委员会主任李灿研究员评价称这项研究“耦合了人工电合成与生物合成技术，发展了一条用水和二氧化碳制作乙酸，再经改造的微生物催化分解手段合成葡萄糖和脂肪酸等高附加值物品的新方法，同时也是为二氧化碳减排废气利用提供了新途径。”
同为中科院士、上海交通大学教授邓子新则认为此项研究“开辟了电化学结合活细胞催化制备葡萄糖产物的新策略，他和二氧化碳照淀粉技术一样，为未来新型农业与生物制造业提供了新范例。”
目前这项成果尚处于实验研究阶段，还不具备工业化生产的经济实用性，但研究团队已经表示将通过新的技术手段进一步提高产能，并降低生产成本，并且还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，未来或许在技术上略加改变，就能生产出淀粉、药物、蔗糖、酒精等高附加值产品呢。
由于二氧化碳是制造多种重要物品的原料，所以在未来二氧化碳将会成为消耗品，届时它或会成为一种资源，甚至会变得稀缺。
参考资料：
《科技日报》4月29日文章《我国科学家实现二氧化碳到葡萄糖和油脂的人工合成》