未来在太空，我们如何优雅地喝西北风？_风闻

小时候，我们很多人都会听家长说，你如果不好好学习的话，长大了就只有去喝西北风了。

但是你想过吗，未来我们在太空可能就要靠喝西北风活着。甚至你不光要喝西北风，东西南北风都要喝。

这句话就要从火星登陆开始说起。

马斯克有一句豪言，他希望死在火星上，但不是在降落过程中。这是一个很美好的设想，毕竟上次世界顶级富豪贝索斯上太空，一堆人就想投票让他别回来了。

但是想在火星优雅地死去，似乎有些难度。毕竟，我们现在都还没能在“近邻”月球种菜。如果到了“远邻”火星，把球籍改成火星人之后却因为缺少各种东西饿死、乃至憋死的话那就不太好了。

那我们能在“殖民”火星之前改造火星吗？不可能，毕竟我们甚至还不是一型文明。

有人就要说了，那可以搞个生态圈，我们以前都学过。确实，我们小时候都学过生态圈2号实验，就是有人试图创造一个人造小型生态圈，并且成功维持了实验内部的能量和二氧化碳循环并让参与实验的人都生存下来了。这事以前大家在教科书里都学过。

起初，由于技术落后，基于生物循环的生态圈2号农作物产量一直没有办法达到预期效果，**让这八位科学家长期处于吃不饱的状态。**在第二次任务中，通过改进，防止混凝土吸收二氧化碳，生态圈2号终于实现了一个比较好的生态循环。但即便成功了，这也不是太空殖民能考虑的东西。

因为，太空里面没一点重量是可以浪费的，而整个生态圈2号占地1.3万平方米，高度有8层楼那么高。整个生态圈2号总共引进了约4000个物种，生态环境中最重要的微生物、细菌、真菌这些种类也是一应俱全。

殖民火星造一个生态圈肯定不需要把上述所有东西都拉过去，有些可以就地取材。但是需要搬家的东西那肯定还是不少，比如泥土和里面的微生物。而所有必须的物资都只有靠火箭拉过去，一发巨型火箭能送到火星的的物资总量都是寥寥无几，最多几十吨。而这个项目建造花的材料，连带的泥土，那可是千万吨级的。

如果我们什么都靠火箭运过去的话，经济性问题先不谈（毕竟世界富豪们有一万种方法解决钱的问题）。运力是个巨大的问题。而且一旦出现什么意料之外的问题，依赖地球物资运输建设的整个生态系统都是很脆弱的，可能会崩溃。所以深空生态建设最好还是尽可能就地取材。

那么有什么东西是火星多的呢？那自然是二氧化碳啦。在经过亿万年的演变过程之后，现有的火星大气中95%是二氧化碳。当然火星风大，那里也不缺西北风。

那么火星上面缺什么呢？在火星的多数地方是缺少氧气、而且水资源也极为有限，甲烷什么的有也不多。

但是如果我们能够就地取材解决多数问题，第一批人过去殖民是不是就会容易些呢？毕竟火箭单程最快也要7个月才能到，而且这个窗口期每隔大约780天一次，也就是大约是26个月才有一次。

所以我们怎么样相对高效地利用近乎无限的二氧化碳和相对不那么丰富的甲烷以及水这类资源维持小生态循环就显得十分重要。

毕竟我们不光不能改造星球，未来登陆火星的时候，可控核聚变或许也没法搞定。火星能源主要可能还得靠电池+太阳能这种落后组合，所以一切都要精打细算着用。

那么怎么高效利用二氧化碳呢？作为全宇宙最会种田的民族，我们没有田也要创造田，而且是一种前所未有高效的田。

2021年9月24日，国际学术期刊《科学》发表一篇来自中科院天津工业生物所的论文，宣告了在人类历史上首次完成了从二氧化碳到淀粉的合成。

这事是怎么做到的呢？说实话我也不知道。

根据公开信息，研究团队采用了一种类似**“搭积木”的方式，联合中科院大连化学物理研究所，利用化学催化剂**而不用生物细胞，单纯用工业的方式实现了二氧化碳到淀粉的合成“捷径”。人工合成淀粉的技术工艺路线大致为：

CO2→C1→FADH→DHA→DHAP→GAP→F-6-P→G-6-P→G-1-P→G→淀粉。

简单来说就是将高浓度二氧化碳在高密度氢能作用下还原成碳一（C1）化合物（甲醇）。

然后通过设计构建碳一聚合新酶，依据化学聚糖反应原理将碳一化合物聚合成碳三（C3）化合物（二羟基丙酮）。最后通过实验人员选出了10种加以改造的生物酶，将碳三化合物又聚合成碳六（C6）化合物（磷酸葡萄糖），再进一步合成直链和支链淀粉（Cn化合物）。

这种合成淀粉还是可控的。甚至，其结构和链长都可以控制，这为以后批量工业化生产淀粉提供了一条通路。

这个东西的牛X之处，我们一般人也听不懂。只不过，我们这种外行人衡量一个生产线厉害与否，最主要的就看：1、生产周期；2、生产效率。而这款新的人工合成方法可比天然的快多了。

传统的生物反应原理，你就算南方的大米，做到一年三熟、四熟，二氧化碳到可以吃的淀粉的周期也是几个月。但是这个人工合成淀粉不一样，实验室条件下，弄顺利了。二氧化碳的固化，淀粉生成直接按小时计算。

而且这次合成整个过程只涉及11步重要的生化反应。要知道生物合成淀粉的反应，整个需要60多个步骤。

这样，在充足能量供给的条件下，按照目前技术参数推算，理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量，相当于我国5亩土地玉米种植的平均年产量。而且即使是只计算反应能量转换率，人工途径从太阳能到淀粉的理论能量转化效率是玉米的3.5倍，淀粉合成速率是玉米的8.5倍。

这可是一个巨大的突破，要想想一个1立方米的生物反应器，可以产生5亩地的玉米淀粉量，这个量可是太大了。众所周知，我们现在是人多地少，用全球约7%的耕地,养活了全球22%的人口。现在我国粮食产量可以保证全国主食供应不依赖外部进口，但是极端条件下副食品供应会产生极大影响。

美国的科学家认为，二氧化碳人工合成碳水化合物可以同时解决温室气体排放和粮食安全。因为它和农业种植相比，土地节约将高于500倍，用水将节约1300到1600倍。

如果以后淀粉之类的东西工业化生产，我国农民就可以更加关注经济作物或者副食品生产了。

而我们到了外太空，还可以直接把反应釜搬过去，然后就可以拿着二氧化碳在火星硬造淀粉。这可比到那边造个生态圈容易多了。

那这个技术只是在实验室里面做么？那肯定不会，作为人类历史第一工业国，只是放在实验室里就可惜了。

在今年的5月27日举行的中关村论坛第二届碳达峰碳中和科技论坛上，中国科学院天津工业生物技术研究所所长马延和就表示，目前科研团队建立了二氧化碳人工合成淀粉吨级中试装置，正在进行测试。

这也意味着，我国“二氧化碳人工合成淀粉”正在理论、技术和工程上三方面同步推进。吨级淀粉，意味着什么呢？

一般来说，国内一个人一年吃240斤左右大米之类的主食，也就120kg，换算上副食品、养猪养其他的东西，每个人每年差不多要消耗掉的粮食在425公斤左右。

这就意味着项目成功落地后，哪怕是刚开始工业化尝试的吨级人工淀粉合成装置也能，至少可以提供一年内两人以上所有主食和副食品等淀粉消耗量。

这可是太诱人了，而且发展潜力巨大，毕竟最初在实验室（也就是2021年）合成出来的淀粉只有1克左右。

但是这还没完，中国科学院天津工业生物技术研究所实验室的功能糖与天然活性物质团队进一步提高了相关效率，实现了我国二氧化碳精准合成己糖（也就是六碳糖，指含有6个碳原子的单糖）取得新进展。

这个东西看似是比合成淀粉简单，毕竟六碳糖只是合成淀粉的中间产物。但是这个突破是革命性的。因为它的整个过程与中国科学院大连化学物理研究所科研团队合作，重新设计构建化学-酶耦联的非天然转化途径。

真正意义的人工二氧化碳到六碳糖的“精准”合成。

这套反应过程，不仅整套实验的反应时长只需要约17小时。产量也是更加惊人，糖合成的效率可以达到0.67克每升每小时，比之前多10倍以上。

碳固定合成效率达到每毫克催化剂每分钟59.8纳摩尔碳，是目前已知的国内外人工制糖最高水平。

想象一下，如果这玩意一年到头不停下来检修什么的，一株玉米大小的空间就能产生多少葡萄糖。

我们还是以玉米来比较，用一种狂野算法计算，如果按照一株成熟的玉米植株所占的面积在0.3至0.5㎡之间，玉米高株在2.5米左右，低株在1.8米左右计算。则我们可以认为一株玉米占有空间在0.54㎡到1.25㎡。那么这点空间，一年能产生多少糖呢？

那就是0.67*0.54*1000*24*365=3,169,368克=3.17吨；到0.67*1.25*1000*24*365=7,336,500克=7.34吨。

震惊吧，当然这种算法非常不科学。但是这可以最直观体现这个装置的高效。

而且由于工程化设计改造酶蛋白分子的催化特性，实现了精准控制合成不同结构与功能的己糖。这种路线理论上是可以实现“通过控制不同酶的不同催化效果，理论上可以合成几乎任一类型的糖。”

也就是说，这个技术路线成熟以后，无论是各种糖的制作还是加入淀粉等生物大分子的制作的工序，其合成效率都将会高于天然生物酶的效率上限。

这些技术的突破，其背后的意义远远不止说明我们人类已经可以在外太空长期喂饱自己，仅仅满足这种低级需求已经不是我们现在追求的目标了，更重要的是为人类未来发展谋划出路。毕竟人不能一直在地球这个摇篮里生活。为外星工业发展创造条件才是我们孜孜以求的目的，同时也是我们解决地球内部环保问题的出路之一。

从之前谈到的葡萄糖来说，在现在在印染制革工业中，工业葡萄糖就常被当做还原剂，在制镜工业和热水瓶胆镀银工艺中常用。工业上还大量用葡萄糖为原料合成维生素C(抗坏血酸)。而且葡萄糖还能合成纤维素，之后基于精准合成葡萄糖，搞点人造纤维素什么的，就能搞些基于二氧化碳为原料的高分子化工业了。

而淀粉的作用就更多了，它是淀粉在造纸工业中也是一个重要的原料，可以增加纸张的厚度、硬度和强度。在纺织工业中，淀粉被用作印花和纺织的浆料。在建筑工业中，淀粉可以用来制作环保型水泥、石膏板、石膏粉等材料，可以增加材料的强度和韧性，提高其耐用性……

如果说造葡萄糖和淀粉什么的还比较抽象的话，那么我们模仿天然过程利用二氧化碳制造油脂、汽油之类的尝试就更加明显。

在今年4月28日，《自然·催化》以封面文章的形式发表了一项最新研究成果。经过一年半的努力，我国科研人员通过电催化结合生物合成的方式，将二氧化碳高效合成高浓度乙酸，并进一步利用微生物合成葡萄糖和脂肪酸（油脂）。

它的核心步骤是先用二氧化碳先高效得到一氧化碳，再从一氧化碳到乙酸。之后研究人员尝试利用废除了酿酒酵母微生物来合成葡萄糖和游离的脂肪酸等高附加值产物。

这意味着，我们以后如果要在太空或者相对资源紧张的地方建立食品工厂和化工厂的话，所需的化工原料就可以少搬很多了，甚至也可以试试从零开始自产润滑油了。

当然我们人类对于二氧化碳包括氢气、甲烷这种宇宙中相对容易获得的物质的利用野心绝对不止于制造糖、淀粉和脂肪。事实上二氧化碳合成一些其他更低难度的碳氢化合物这种事情，就已经比较成熟了。

还记得合成淀粉的第一步吗？二氧化碳能合成甲醇，那乙醇肯定没有问题，那么汽油呢？

早在2017年5月的时候，中科院大连化学物理研究所就利用新的催化剂实现了二氧化碳和氢气化学反应制造高辛烷值汽油。

在2022年2月，《美国国家科学院院刊》的论文显示科学家发明了一种由“钌”组成的新型催化剂，可以提高将二氧化碳转化为汽油的效率。

同年，中科院大连化学物理研究所和珠海福田能源公司联合开发了全球首套年产千吨的二氧化碳加氢制汽油中试装置，且这种方式产出的汽油符合国六标准。未来随着相关技术发展，搞出****二氧化碳柴油、二氧化碳沥青之类的东西也不会很奇怪。

有人可能会说，现在燃油车都要淘汰了，难不成我们还要在外太空造汽油车么？这恰恰可能是一个误解，二氧化碳造汽油盘活整个新能源能量循环有潜在重要意义。

之前我们就反复提到，随着我们新能源的装机容量提升，现在国内新能源发展尤其是光伏发电和风能发电拓展的最大的问题毫无疑问就是怎么把没有及时被用到的电储存起来，在需要的时候用掉。

二氧化碳制造汽油，你需要加氢气。而氢气则是新能源配套储能技术中十分重要的技术路线，同时也是对于存储要求比较高的技术路线。

如果说你在制造氢气的时候就通过二氧化碳直接转化为汽油。虽然损失了能量，但是无论是运输还是存储的成本都会比氢气或者是液氢要低很多。

未来成本下降以后，不仅汽油是环保的，还能为氢储能商业化全球铺开创造一种潜在路径。而且随着人造柴油等各种化合物被制造出来，那就可以实现从二氧化碳到塑料、橡胶之类的跨越啊。

虽然我们现在也还在研发基于生物技术实现从二氧化碳到柴油乃至橡胶的生物化学合成路径的探索。未来搞清楚相关机理之后，搞点什么在宇宙里面直接用二氧化碳和氢****气制造塑料、橡胶什么的，那可是必需品。

这样的话，我们就不用考虑要运太多原材料到火星之类的其他星球了。需要的就只是各类反应催化剂以及就地取材的水、二氧化碳、二氧化硅之类的东西了。

然后就可以利用3D打印和其他常见的制造术，原地开始建造各类设施和工厂，以相对火箭运输更低成本的制造出需要的各种化工原料和基础物质了。

这可比什么改造星球之类的成本会低很多，未来随着农业工业化的推进，水培农场、淀粉工厂、二氧化碳合成橡胶等等在外太空建造成为可能。地球以及未来的外星殖民地的能源利用效率和人口承载能力都将会得到极大的提升。更多的土地和资源可以解放出来，做更多有意义的事情。

看着这些东西一个一个变成现实，我真心觉得如果多活些时候，我们也许真能在太空殖民地好好感受一下宇宙的神奇和人类科技的伟大。也许到了那个时候，我们也有机会和马斯克做一样的梦，安眠于浩瀚的太空中。