人工合成淀粉

前两天我国中国科学院天津工业生物技术研究所的科学家们在Science上发表了一项重要的研究成果,首次从二氧化碳出发合成了淀粉(以下简称人工合成淀粉或合成淀粉)。既然是首次,也就是说以前人们做不了这件事,这事在自然界是通过植物的光合作用完成的。有些网友说希望我讲讲这个话题,不过植物、太阳能、化学合成、固碳都不是我熟悉的领域,我只能站在生物学大领域的角度谈一谈,也不能保证说得对。

(一)研究的意义
这项研究的意义非常重大。我们知道地球上所有生命所需的能源归根结底都来自太阳光,但动物和真菌以及大部分的细菌都不会利用太阳光,只有植物和一些细菌(主要是蓝细菌)才能利用阳光的能量合成有机物,而我们动物只会把这些有机物氧化分解成二氧化碳和水等小分子。因此,在生态学上,植物是生产者,而我们是消费者,这是不是有点惭愧?现在如果我们也能从二氧化碳出发来合成糖类,那是不是意义很大?当然,这只是一种好玩的说法。实际上,这项研究在理论和技术上贡献都很大。比如,它并不是通过反复摸索试验最后侥幸成功的,而是先通过理论计算,找出候选途径,再去实验。虽然还是少不了摸索和试错,但计算显然起了非常大甚至是决定性的作用。其次,合成本身的技术对今后的研究也相当有价值。媒体的报道过于强调它潜在的应用价值,实际上它直接的贡献是理论和技术方面的,而应用还是比较远期的,现在还不好说。

(二)人工合成淀粉与光合作用的对比
光合作用是“光驱动的合成作用”的简称。光合作用分为光反应和暗反应。光反应这一步是通过叶绿素等色素吸收光子的能量来做两件事,一是获取高能量高活性的ATP;二是裂解水分子,放出氧气,并获得氢和电子(也就是还原力)。这一步的本质是把光能转变成了化学能,但这些化学能的存在形式是高活性,高反应性,不能长期储存,而暗反应那一步则是用这些化学能来固定二氧化碳,生成能够长期储存的化学能——糖类(葡萄糖和淀粉等)。显然,合成淀粉模拟的是暗反应这一步。
前两天看到一种说法,认为光合作用关键的是光反应,而合成淀粉的反应既没有利用太阳光的能源,也没有裂解水,也没有放出氧气,后面的固定二氧化碳以及合成淀粉还都得耗电,因此这项研究是蒙人的。这个说法看似有理,其实非常有失公允。暗反应也是光合作用中很重要的一步,怎么能当成无足轻重呢?而且涉及到光反应还有更重要的一个问题,就是我们下一节要讨论的能量转化效率的问题。

(三)光能转化的效率
既然这项技术是在模拟暗反应,那么有没有模拟光反应的技术呢?当然有了,那就是光伏发电啊。光伏发电一方面获得了电能,同时电能还可以分解水得到单质的氢和氧。你看这一步和植物的光反应是不是很像?而且,现在光伏发电的效率已经明显高于植物对阳光的利用。那么,我们用光伏发电,再用电能去驱动暗反应,生产有机物,岂不是很好?又怎么能叫蒙人呢?也就是说,人工光合作用的瓶颈其实并不在光反应,而是在暗反应。光伏发电有个短板是电能不好储存,合成淀粉恰恰能把电能变成化学能长期储存和运输。这项研究恰好在帮助人们突破这个瓶颈,这意义难道还不够大吗?
当然,所用电能也不局限于光伏发电,也可以是风电、水电、核电,总之只要成本合算就好。假如将来有了可控热核反应就更好。

(四)人工合成淀粉的应用前景
媒体报导的时候大多会着重于技术的应用,毕竟这一点容易牵动读者的神经,但是从目前看应用应该还是比较遥远的事。回想一下,大多数技术在应用之前不都是先有了汗牛充栋的论文吗?哪有开天辟地第一篇论文一出来就应用的?论文的作者在接受采访时说“从控制过程成本初步计算,只有当二氧化碳到淀粉合成的电能利用效率再提高数倍,淀粉合成的碳素转化速率再提高数十倍,才能与农业种植竞争。因此,要想实现工业化生产,还需解决诸多的科技难题。”我觉得这个说法还是公允的。一方面是效率有待提高,另一方面还有其他的技术难题,比如设备的成本,就是说即使它的效率比农业高,但如果设备成本远远高于种子、化肥、农药、农机等等,那么还是不合算;另外,作物本身是0污染的(化肥农药农机有污染),那么这种合成反应除了产生淀粉还有没有其他有毒有害的副产物呢?凡此种种,都需要考虑。一项技术从诞生到应用,我们很难说从0到1更难,还是从1到10更难。但不论如何,人们已经完成了从0到1这一步。虽不应盲目乐观,但适度乐观展望一下还是可以的。

(五)合成食物
关于合成淀粉的应用,媒体讲的最多的是合成食物。然而,从应用的角度,合成食物可能会排得比较靠后。首先,食物的要求很高。农作物虽然生产效率不高,但它们是无毒无害的,农产品通常只需要碾米磨面这样的粗提就可以食用。而且,米糠、麦麸也无害,反而有益健康。可是,人工合成的淀粉就不一样了,很可能伴有有毒的副产物,这样提取的难度和成本就会很高。况且,人类也不需要吃纯淀粉。甚至,家畜家禽也不太需要吃纯淀粉。因此,合成淀粉应用的大头应该首先是作为工业原料。事实上,粮食产品很多也作为工业原料,比如说抗生素的发酵就要用掉大量的玉米淀粉、玉米油、玉米浆、豆油、豆饼等等;人们还用玉米淀粉来生产酒精作为汽车的能源等等。如果合成淀粉能够作为这些工业的原料,我们就能省下更多的耕地来种植人类食物和牲畜的饲料。另外,纤维素和淀粉的结构非常相似,都是多聚葡萄糖。如果能够合成纤维素,就可以生产纸张和布匹,也能节约森林并减少棉麻等纤维作物的种植。总之,我们不必太纠结合成淀粉的“能好怎”。
还有的媒体刻意提到中国人的主食是淀粉来彰显这项研究的意义,这个也大可不必。我国主食淀粉已然太多,应该减少,更不该添加纯淀粉。这项研究已经非常伟大的,不必找不合适的理由给它贴金。

(六)外星球移民
还有不少媒体讲到这项技术在移民外星球上的应用的,这个就属于畅想了。如果一个星球有光、二氧化碳和水,温度也合适,那就可以投放蓝细菌了。实际上,这样的星球很难找,而且我们除了月球也很难登上任何其他的星球,能不能合成淀粉有什么重要的呢?我还是那句话,地球上的南北极、青藏高原、撒哈拉沙漠都比外星球环境好,先把那些地方建成合成淀粉的基地再说外星球吧。

(七)农牧业与医学的工业化
跟工业相比,农牧业和医学这两个基于生物学的行业一直是发展非常滞后的。大趋势上,它们的未来也应该工业化,比如农牧业应该不局限于用植物来生产营养物质,而医学上用的器官和血液也应该不受限于人类供体,都应该能够工业化生产。那样,人类社会的结构会发生天翻地覆的改变。当然这个也属于远景的畅想了。

(八)固定二氧化碳
固碳这事我有点懒得讲,虽然它很热门。合成淀粉固然可以固碳,但淀粉大多不会囤着不用,一用又变成二氧化碳了。而且,目前固碳的声势很大程度是政治上的考量,常常偏离实际。这次的突破国内一片欢腾,外网好像动静不大(也许我眼拙,如果你看到很多报道请告诉我)。发在Science上的真材实料总也值得很多报道吧,假如是西方人做的研究或许会不一样。

最后想说这样两句话:
不要指望一项伟大的研究能够毕全功于一役,也不要因为一项研究不能毕全功于一役就否定它是伟大的研究,这就好比人类第一次发射火箭是一些伟大的成就,但它还远远不能把人类送上火星,后者需要无数伟大的研究串起来才行,但你总不能说发射火箭也算不了什么,反正也上不了火星。

#便利店美食#
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#潮流生活#

内蒙古:察右前旗领导乱下“口头”令折腾环保建材明星企业

“秦砖汉瓦”在我国的使用已达数千年,但在烧制过程中如何排除大气污染与生态环境的破坏,是建材行业亟待解决的问题。以常见的红砖为例,其生产过程中不仅需要大量的黏土,烧制过程还会排放大量有害气体。所以,近年来各地政府纷纷取缔传统工艺砖厂,大力鼓励和扶持技术工艺先进的环保新型墙体材料生产企业。

乌兰察布市察右前旗同福建材有限责任公司(以下简称同福建材公司)就是一家这样的企业,同福建材公司利用煤矿生产过程中产生的煤矸石为生产原料,与一定比例的铁尾矿、粉煤灰搭配,通过科学配方变废为宝,烧结加工成新型墙体材料(砖)。

▲ 同福建材公司的生产车间

在内蒙古自治区拍摄的一则行业宣传片中,同福建材公司和鄂尔多斯市、满洲里市的三家环保节能建材公司被作为内蒙古的示范标杆企业成为行业典范。但就是这样一家环保建材明星企业,当地政府领导三天两头乱下“口头”停工令折腾企业,致使这家符合国家“十四五”产业发展政策的环保达标企业无法正常生产——

变废为宝的企业

乌兰察布市察右前旗有一个马莲滩煤矿,这个煤矿的最大特点是煤炭质量差,产出的煤炭少产出的煤矸石多,煤矸石与废渣废土等固废物堆得像小山一样,掩埋了数百亩土地。不仅污染了环境,还有着火自燃的风险 。为了解决煤矸石与废渣废土等固废物造成的环境问题,察右前旗政府于2012年4月,通过招商引资引进了同福建材公司,主要目的是消耗煤矸石与废渣废土等固废物。察右前旗政府与同福建材公司签定的协议中写道:同福建材公司在察右前旗三岔口乡的马莲滩煤矿旁边建厂,该项目的生产原料——煤矸石全部由察右前旗马莲滩煤矿提供。

2012年5月,经察右前旗发展和改革局和察右前旗经济和信息化局文件备案确认后,同福建材公司投资4550万元建厂,并于2013年8月建成投产。2014年8月16日,经试生产后通过乌兰察布市环境保护局的项目竣工环境保护验收。

2016年,同福建材公司为响应国家相关政策要求,本着产业升级、规模化发展,经济与社会效益兼顾的企业发展战略,又投资6500万元对企业生产线进行了技术改造。

▲ “双碱湿法脱硫除尘系统”

“技改”后的同福建材公司,将传统的烧砖龙窑拆除,建成了四烘两烧断面为4.6米的隧道砖窑,同时采用国内最先进的节能挤出砖机系列产品和机器人自动码坯系统。另外,同福建材公司建有国内最大最先进的“双碱湿法脱硫除尘”系统,全程烧结生产达标排放。

同福建材公司董事长薛祥自豪地说,技术改造以后,同福建材公司年消纳固废物172万吨,年产烧结2.4亿块折标砖,达到了“烧砖不用煤,做砖不用土” 的良好环保生态效果。

也正因此,同福建材公司被评为“全国新墙体节能减排示范企业”“自治区绿色墙体生产示范企业”“自治区新型墙体材料行业工业固体废弃物资源化利用示范企业”“自治区绿色建材高质量发展示范企业”……

在产品方面,同福建材公司生产的新型墙体材料还取得了“绿色建材评价标识三星认证”,此认证是内蒙古自治区唯一的一家取得三星认证的烧结产品企业。薛祥说,这一点是所有同福员工最为自豪的荣耀,因为这项认证是全国绿色建材评价的最高星级认证。

此外,同福建材公司的产品取得了自治区“新型墙体材料产品认定证书”,还被评为自治区高新技术企业、自治区新产品研发中心,获得10项国家知识产权局颁发的“实用专利技术”。

乌兰察布市政府办公室微信公众号发布曾发文说,察右前旗同福建材有限责任公司对乌兰察布市推动产业结构转型升级,实现工业固废料综合利用,发展循环经济做出了较大贡献,同时为建设绿色乌兰察布、美丽乌兰察布起到示范引领作用。

优质企业屡被叫停

同福建材公司技术先进,生产顺利,发展迅速,与一些传统砖窑的落后工艺形成鲜明对比。于是,乌兰察布市从防治污染,淘汰落后产能出发,陆续关闭了20家传统砖窑。这种关闭动了某些人的奶酪,于是,就出现了“劣币淘汰良币”的怪现象。

2019年5月,乌兰察布市自然资源局监察大队工作人员来到同福建材公司调查,说是有20多人联名举报同福建材公司“私挖乱采”。
工作人员经过仔细核查,看到同福建材公司使用的原料是堆积如山的煤矸石,并不是所谓的“私挖乱采”,于是有关“私挖乱采”的诬告被洗脱了。

这起诬告过去之后,新的幺蛾子又来了。2020年初,内蒙古在煤炭领域倒查20年,这原本是一件大快人心的好事,但也被“别有用心”之人用来做文章。有领导人说,马莲滩煤矿存在问题被关停,同福建材公司也应该关停。于是,政府部门便“口头”通知,马莲滩煤矿是违规企业,同福建材公司就不能生产,有一位旗领导甚至荒唐地比喻说:这就好比小偷偷了自行车,你销赃同样有罪。

内蒙古伊敏律师事务所律师段增宇认为,这种不恰当的比喻违背法律精神,而且在主观上混淆了是非,颠倒了黑白,抹黑了煤炭行业倒查20年的反腐本质。他说,同福建材公司是为了消除煤矸石与废渣废土等固废物对环境的破坏而投资建厂的,煤矸石等固废物被企业处理后,不仅排除了安全隐患,更是发展了循环经济,而煤矿违规上马是腐败的产物,二者怎能混为一谈?

▲ 这样地方也能称之为林地?

自治区建筑业行业协会有关负责人表示,同福建材公司生产的是新型墙体材料,是国家“十四五”计划鼓励的产业,这样的企业不应该被要求停产,应该得到更多的政策支持。

虽然政府有关部门“口头”要求同福建材公司停工,但是并没有下达相关的书面文件,同福建材公司也在继续生产。2020年12月,察右前旗林业和草原局也找上门来,理由是同福建材公司涉嫌破坏林地。林业部门表示,由煤矿堆放煤矸石与废渣废土等固废物形成的石头堆是林地,同福建材公司继续使用煤矸石与废渣废土等固废物就意味着破坏林地。

堆积如山的煤矸石与废渣废土等固废物,明明是固体废弃物,怎么就变成林地了?公司董事长薛祥听到这样的话,气得差点当场泪奔。

同福建材公司建厂之初,马莲滩煤矿仅一号采煤坑产生的煤矸石废渣废土就占用土地近500亩,堆积的煤矸石等固体废弃物约2000多万吨,不仅破坏了土地资源,固体废弃物中含有的硫、硝、砷等有害物质,也严重污染环境,污染地下水资源。那个时候的林业部门哪去了?十年后,按照环保部门的要求,同福建材公司和马莲滩煤矿合作,由同福建材公司投入200多万元,对山一样的煤矸石堆边利用边治理,对尚末使用的煤矸石堆进行表皮绿化,在煤矸石堆的顶层栽种了几苗松树和柠条。

同福建材公司总经理薛晨光从林业部门工作人员处打听到,这片地在十年前划为林地,而航拍资料显示,2010年该地块是耕地。时间穿越到2021年5月,虽然同福建材公司接连向多方反映,但是察右前旗有关领导害怕担责,坚持让企业停工。这位领导说:“过两天我就调走了,让新领导决定吧!”遇上这种既当官又不担责的领导,企业在万般无奈之下只能服从。6月1日,同福建材公司被迫停工,而停工停产仅凭领导一句话,没有任何法定手续。

正当全国都在倡导营商环境,追求绿色环保生产的时刻,这家一流的环保智能化新型墙体材料生产企业却被领导“口头”喊停了。不过,一周之后,也就是2021年6月7日,察右前旗政府有关部门又“口头”通知企业可以生产了,于是同福建材公司就复工复产了。

符合产业政策的企业应该保护

同福建材公司是一家治理污染、各方面都达标的企业,当地政府应该给予政策性支持与保护,不应该三天两头地“找茬”折腾企业。我梳理了一下同福建材公司当下面临的困境,其实就是两个问题:一是马莲滩煤矿被查处停产之后,煤矿产出的煤矸石同福建材公司能不能使用;二是煤矸石堆积成山是不是林地。

对于同福建材公司能否使用煤矿的煤矸石与废渣废土等固废物,本来就不是一个问题。2012年,同福建材公司与察右前旗政府签订的协议书明确规定,同福建材公司投资建设的项目为煤矸石空心砖生产,原料为马莲滩煤矿的煤矸石与废渣废土等固废物。其实,只要地上有煤矸石与废渣废土等固废物,同福建材公司就可以用,与煤矿关停没有关系。因为煤矸石与废渣废土等固废物的污染问题必须消除。

何况,2012年同福建材公司建厂和2016年“技改”时,察右前旗发展和改革局及察右前旗经济信息商务局在备案确认书中均要求同福建材公司按照“项目可研性报告”建设,而在两次“项目可研性报告”中,明确写明了本项目所用原料煤矸石来源于马莲滩煤矿。

▲ 同福建材公司的厂区

2020年4月,内蒙古自治区墙体材料革新(散装水泥)办公室下发的一份关于助力全面复工复产的文件中表示,在全区煤炭资源整治行动中,各地要把整治煤炭企业“涉煤腐败”与新型墙体材料企业“工业固废资源化利用”区别开来,妥善处理企业土地利用、固废原料使用等问题,防止因涉煤腐败问题而片面地断供原料,造成建材企业停产停工。避免出现影响就业、群体上访等社会重大事件的发生。

如此看来,要求同福建材公司停工停产不仅不合法,更不符合自治区政府部门的要求。

另外一个问题:煤矸石堆积的山是否属于林地,段增宇律师认为,煤矸石堆上有植被就被认定为林地,显然违反了客观事实和林地的基本标准。煤矸石堆积有污染和自燃的安全隐患,石堆上种几苗树长一点草,无法阻挡煤矸石与废渣废土等固废物对环境的污染破坏。他说:“如果在堆放煤矸石与废渣废土等固废物之前真是林地,那么堆放了煤矸石与废渣废土等固废物之后,林地就已经不复存在了。当下,还是要走‘边利用边治理’的修复生态的正确道路,不能拿几苗树蒙哄检查”。

公司董事长薛祥表示,政府领导也是希望治理环境,这一点企业和政府领导是一致的。他说:“我会积极地和政府部门沟通,让企业得以生存,让环境更加优美,努力创造更好的社会效益和更大的经济效益。为美丽的乌兰察布做贡献!”

(此文为“汤计典频”工作坊原创,未经允许不得转载,您若喜欢请在右下角点一下“在看”,也可以在朋友圈转发。)


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