【原】廢氣變寶藏！二氧化碳不但能造淀粉，還能造酒，將來或成稀缺資源

科普大世界 2021-10-02

展開全文

一直以來，二氧化碳都被認(rèn)為是工業(yè)廢氣，也是生物呼吸產(chǎn)生的廢氣，但以后很可能不是了，而是會(huì)成為一種資源，一種寶藏。

從9月24日開始，我國各大媒體陸續(xù)報(bào)道了中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所(簡稱中科院天津工業(yè)生物所)主導(dǎo)完成二氧化碳人工合成淀粉的重大科技突破，這被認(rèn)為是近些年來最重要的世界級的生物技術(shù)科研成就，世界糧食生產(chǎn)將迎來顛覆性的技術(shù)革新，同時(shí)大量節(jié)省土地和水資源，對全球碳減排和碳中和也有重大作用，對將來的外星球開發(fā)移民也有重要意義，它的好處和意義怎么說都不為過！

淀粉是人類食品和某些工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的原料，用二氧化碳制造淀粉，是變廢為寶的典型事例，但其實(shí)二氧化碳不只可以被合成淀粉，它還可以被合成酒精，也就是說二氧化碳也能被用來造酒。

其實(shí)早在2016年，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家就研制出了一種嵌入釘狀納米碳的納米銅顆粒的催化劑，這種催化劑能夠在室溫下直接把二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙醇，我們知道酒品主要是因?yàn)楹凭凭煞种饕褪且掖?，這也說明二氧化碳是可以用來造酒的。有趣的是科學(xué)家們并不是以用二氧化碳造酒為目的而得出這一研究結(jié)果的，他們原本以為用二氧化碳造酒所需要的化學(xué)反應(yīng)非常復(fù)雜，沒想到一個(gè)意想不到的操作居然使之實(shí)現(xiàn)了。

今年的6月2日，我國浙江大學(xué)功能復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)研究所的研究人員也研發(fā)出一種新型電催化劑，可在銅-分子界面上緊固溴離子使 CO?高效電還原成乙醇，相關(guān)研究論文也于今年6月份發(fā)表在《ACS Energy Letter》雜志上。這種技術(shù)將來進(jìn)行改進(jìn)后進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，也將是一項(xiàng)意義重大的技術(shù)革新。

我們知道淀粉是粉末狀或者塊狀的物品，而酒精屬于液體，二氧化碳居然能用來制造這兩種迥然不同的東西，這是怎么回事呢？我們不妨先來看看兩者的化學(xué)分子式。淀粉的化學(xué)分子式是（C?H??O?）n，而酒精（乙醇）的化學(xué)分子式是C?H?OH（或C?H?O），從兩者的化學(xué)分子式就可以看出兩者所包含的元素只有碳?xì)溲跞N，而氫氧可以合成水，所以兩者也都是碳水化合物，他們之所以不同，是由于三種元素的原子排列組合結(jié)構(gòu)不同，形成的分子不同，既然這兩種東西只包含這三種元素，那么二氧化碳和水所包含的原子在某些條件下進(jìn)行重新排列組合就能形成淀粉和酒精了。酒品也需要用糧食釀造，而若用二氧化碳造酒精，那也等于節(jié)省了糧食，意義同樣很重大，所以這也可說是世界糧食生產(chǎn)方面的顛覆性技術(shù)革新！

↑淀粉化學(xué)分子式構(gòu)型

↑乙醇化學(xué)分子式構(gòu)型

實(shí)際上二氧化碳不單能用來制造淀粉和酒精，很多的碳水化合物它都能制造，已經(jīng)被確認(rèn)能制造出來的還有乙烯（C?H?），2018年5月份，美國勞倫斯-伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員使用面選擇性原子層沉積技術(shù)用銅納米晶上沉積超薄氧化鋁得以實(shí)現(xiàn)高度穩(wěn)定的CO?電還原成乙烯。乙烯是應(yīng)用十分廣泛的化工原料，合成纖維、合成橡膠、和塑料等里面都會(huì)用到它，也可以被當(dāng)作某些植物果實(shí)的催熟劑，之前它主要來自石油化工生產(chǎn)中。

另外，二氧化碳還可以被用來制造或促成碳酸氫銨、小蘇打、純堿、尿素、鉛白顏料、飲料、滅火材料等，還有科學(xué)家想用二氧化碳造石油，2018年時(shí)，美國哥倫比亞教授、國際催化領(lǐng)域著名科學(xué)家陳經(jīng)廣稱可以考慮通過熱催化和電催化技術(shù)將CO?還原為石油。