未來在太空，我們如何優雅地喝西北風？_風聞

小時候，我們很多人都會聽家長説，你如果不好好學習的話，長大了就只有去喝西北風了。

但是你想過嗎，未來我們在太空可能就要靠喝西北風活着。甚至你不光要喝西北風，東西南北風都要喝。

這句話就要從火星登陸開始説起。

馬斯克有一句豪言，他希望死在火星上，但不是在降落過程中。這是一個很美好的設想，畢竟上次世界頂級富豪貝索斯上太空，一堆人就想投票讓他別回來了。

但是想在火星優雅地死去，似乎有些難度。畢竟，我們現在都還沒能在“近鄰”月球種菜。如果到了“遠鄰”火星，把球籍改成火星人之後卻因為缺少各種東西餓死、乃至憋死的話那就不太好了。

那我們能在“殖民”火星之前改造火星嗎？不可能，畢竟我們甚至還不是一型文明。

有人就要説了，那可以搞個生態圈，我們以前都學過。確實，我們小時候都學過生態圈2號實驗，就是有人試圖創造一個人造小型生態圈，並且成功維持了實驗內部的能量和二氧化碳循環並讓參與實驗的人都生存下來了。這事以前大家在教科書裏都學過。

起初，由於技術落後，基於生物循環的生態圈2號農作物產量一直沒有辦法達到預期效果，**讓這八位科學家長期處於吃不飽的狀態。**在第二次任務中，通過改進，防止混凝土吸收二氧化碳，生態圈2號終於實現了一個比較好的生態循環。但即便成功了，這也不是太空殖民能考慮的東西。

因為，太空裏面沒一點重量是可以浪費的，而整個生態圈2號佔地1.3萬平方米，高度有8層樓那麼高。整個生態圈2號總共引進了約4000個物種，生態環境中最重要的微生物、細菌、真菌這些種類也是一應俱全。

殖民火星造一個生態圈肯定不需要把上述所有東西都拉過去，有些可以就地取材。但是需要搬家的東西那肯定還是不少，比如泥土和裏面的微生物。而所有必須的物資都只有靠火箭拉過去，一發巨型火箭能送到火星的的物資總量都是寥寥無幾，最多幾十噸。而這個項目建造花的材料，連帶的泥土，那可是千萬噸級的。

如果我們什麼都靠火箭運過去的話，經濟性問題先不談（畢竟世界富豪們有一萬種方法解決錢的問題）。運力是個巨大的問題。而且一旦出現什麼意料之外的問題，依賴地球物資運輸建設的整個生態系統都是很脆弱的，可能會崩潰。所以深空生態建設最好還是儘可能就地取材。

那麼有什麼東西是火星多的呢？那自然是二氧化碳啦。在經過億萬年的演變過程之後，現有的火星大氣中95%是二氧化碳。當然火星風大，那裏也不缺西北風。

那麼火星上面缺什麼呢？在火星的多數地方是缺少氧氣、而且水資源也極為有限，甲烷什麼的有也不多。

但是如果我們能夠就地取材解決多數問題，第一批人過去殖民是不是就會容易些呢？畢竟火箭單程最快也要7個月才能到，而且這個窗口期每隔大約780天一次，也就是大約是26個月才有一次。

所以我們怎麼樣相對高效地利用近乎無限的二氧化碳和相對不那麼豐富的甲烷以及水這類資源維持小生態循環就顯得十分重要。

畢竟我們不光不能改造星球，未來登陸火星的時候，可控核聚變或許也沒法搞定。火星能源主要可能還得靠電池+太陽能這種落後組合，所以一切都要精打細算着用。

那麼怎麼高效利用二氧化碳呢？作為全宇宙最會種田的民族，我們沒有田也要創造田，而且是一種前所未有高效的田。

2021年9月24日，國際學術期刊《科學》發表一篇來自中科院天津工業生物所的論文，宣告了在人類歷史上首次完成了從二氧化碳到澱粉的合成。

這事是怎麼做到的呢？説實話我也不知道。

根據公開信息，研究團隊採用了一種類似**“搭積木”的方式，聯合中科院大連化學物理研究所，利用化學催化劑**而不用生物細胞，單純用工業的方式實現了二氧化碳到澱粉的合成“捷徑”。人工合成澱粉的技術工藝路線大致為：

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

簡單來説就是將高濃度二氧化碳在高密度氫能作用下還原成碳一（C1）化合物（甲醇）。

然後通過設計構建碳一聚合新酶，依據化學聚糖反應原理將碳一化合物聚合成碳三（C3）化合物（二羥基丙酮）。最後通過實驗人員選出了10種加以改造的生物酶，將碳三化合物又聚合成碳六（C6）化合物（磷酸葡萄糖），再進一步合成直鏈和支鏈澱粉（Cn化合物）。

這種合成澱粉還是可控的。甚至，其結構和鏈長都可以控制，這為以後批量工業化生產澱粉提供了一條通路。

這個東西的牛X之處，我們一般人也聽不懂。只不過，我們這種外行人衡量一個生產線厲害與否，最主要的就看：1、生產週期；2、生產效率。而這款新的人工合成方法可比天然的快多了。

傳統的生物反應原理，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澱粉的週期也是幾個月。但是這個人工合成澱粉不一樣，實驗室條件下，弄順利了。二氧化碳的固化，澱粉生成直接按小時計算。

而且這次合成整個過程只涉及11步重要的生化反應。要知道生物合成澱粉的反應，整個需要60多個步驟。

這樣，在充足能量供給的條件下，按照目前技術參數推算，理論上1立方米大小的生物反應器年產澱粉量，相當於我國5畝土地玉米種植的平均年產量。而且即使是隻計算反應能量轉換率，人工途徑從太陽能到澱粉的理論能量轉化效率是玉米的3.5倍，澱粉合成速率是玉米的8.5倍。

這可是一個巨大的突破，要想想一個1立方米的生物反應器，可以產生5畝地的玉米澱粉量，這個量可是太大了。眾所周知，我們現在是人多地少，用全球約7%的耕地,養活了全球22%的人口。現在我國糧食產量可以保證全國主食供應不依賴外部進口，但是極端條件下副食品供應會產生極大影響。

美國的科學家認為，二氧化碳人工合成碳水化合物可以同時解決温室氣體排放和糧食安全。因為它和農業種植相比，土地節約將高於500倍，用水將節約1300到1600倍。

如果以後澱粉之類的東西工業化生產，我國農民就可以更加關注經濟作物或者副食品生產了。

而我們到了外太空，還可以直接把反應釜搬過去，然後就可以拿着二氧化碳在火星硬造澱粉。這可比到那邊造個生態圈容易多了。

那這個技術只是在實驗室裏面做麼？那肯定不會，作為人類歷史第一工業國，只是放在實驗室裏就可惜了。

在今年的5月27日舉行的中關村論壇第二屆碳達峯碳中和科技論壇上，中國科學院天津工業生物技術研究所所長馬延和就表示，目前科研團隊建立了二氧化碳人工合成澱粉噸級中試裝置，正在進行測試。

這也意味着，我國“二氧化碳人工合成澱粉”正在理論、技術和工程上三方面同步推進。噸級澱粉，意味着什麼呢？

一般來説，國內一個人一年吃240斤左右大米之類的主食，也就120kg，換算上副食品、養豬養其他的東西，每個人每年差不多要消耗掉的糧食在425公斤左右。

這就意味着項目成功落地後，哪怕是剛開始工業化嘗試的噸級人工澱粉合成裝置也能，至少可以提供一年內兩人以上所有主食和副食品等澱粉消耗量。

這可是太誘人了，而且發展潛力巨大，畢竟最初在實驗室（也就是2021年）合成出來的澱粉只有1克左右。

但是這還沒完，中國科學院天津工業生物技術研究所實驗室的功能糖與天然活性物質團隊進一步提高了相關效率，實現了我國二氧化碳精準合成己糖（也就是六碳糖，指含有6個碳原子的單糖）取得新進展。

這個東西看似是比合成澱粉簡單，畢竟六碳糖只是合成澱粉的中間產物。但是這個突破是革命性的。因為它的整個過程與中國科學院大連化學物理研究所科研團隊合作，重新設計構建化學-酶耦聯的非天然轉化途徑。

真正意義的人工二氧化碳到六碳糖的“精準”合成。

這套反應過程，不僅整套實驗的反應時長只需要約17小時。產量也是更加驚人，糖合成的效率可以達到0.67克每升每小時，比之前多10倍以上。

碳固定合成效率達到每毫克催化劑每分鐘59.8納摩爾碳，是目前已知的國內外人工製糖最高水平。

想象一下，如果這玩意一年到頭不停下來檢修什麼的，一株玉米大小的空間就能產生多少葡萄糖。

我們還是以玉米來比較，用一種狂野算法計算，如果按照一株成熟的玉米植株所佔的面積在0.3至0.5㎡之間，玉米高株在2.5米左右，低株在1.8米左右計算。則我們可以認為一株玉米佔有空間在0.54㎡到1.25㎡。那麼這點空間，一年能產生多少糖呢？

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

震驚吧，當然這種算法非常不科學。但是這可以最直觀體現這個裝置的高效。

而且由於工程化設計改造酶蛋白分子的催化特性，實現了精準控制合成不同結構與功能的己糖。這種路線理論上是可以實現“通過控制不同酶的不同催化效果，理論上可以合成幾乎任一類型的糖。”

也就是説，這個技術路線成熟以後，無論是各種糖的製作還是加入澱粉等生物大分子的製作的工序，其合成效率都將會高於天然生物酶的效率上限。

這些技術的突破，其背後的意義遠遠不止説明我們人類已經可以在外太空長期餵飽自己，僅僅滿足這種低級需求已經不是我們現在追求的目標了，更重要的是為人類未來發展謀劃出路。畢竟人不能一直在地球這個搖籃裏生活。為外星工業發展創造條件才是我們孜孜以求的目的，同時也是我們解決地球內部環保問題的出路之一。

從之前談到的葡萄糖來説，在現在在印染製革工業中，工業葡萄糖就常被當做還原劑，在制鏡工業和熱水瓶膽鍍銀工藝中常用。工業上還大量用葡萄糖為原料合成維生素C(抗壞血酸)。而且葡萄糖還能合成纖維素，之後基於精準合成葡萄糖，搞點人造纖維素什麼的，就能搞些基於二氧化碳為原料的高分子化工業了。

而澱粉的作用就更多了，它是澱粉在造紙工業中也是一個重要的原料，可以增加紙張的厚度、硬度和強度。在紡織工業中，澱粉被用作印花和紡織的漿料。在建築工業中，澱粉可以用來製作環保型水泥、石膏板、石膏粉等材料，可以增加材料的強度和韌性，提高其耐用性……

如果説造葡萄糖和澱粉什麼的還比較抽象的話，那麼我們模仿天然過程利用二氧化碳製造油脂、汽油之類的嘗試就更加明顯。

在今年4月28日，《自然·催化》以封面文章的形式發表了一項最新研究成果。經過一年半的努力，我國科研人員通過電催化結合生物合成的方式，將二氧化碳高效合成高濃度乙酸，並進一步利用微生物合成葡萄糖和脂肪酸（油脂）。

它的核心步驟是先用二氧化碳先高效得到一氧化碳，再從一氧化碳到乙酸。之後研究人員嘗試利用廢除了釀酒酵母微生物來合成葡萄糖和遊離的脂肪酸等高附加值產物。

這意味着，我們以後如果要在太空或者相對資源緊張的地方建立食品工廠和化工廠的話，所需的化工原料就可以少搬很多了，甚至也可以試試從零開始自產潤滑油了。

當然我們人類對於二氧化碳包括氫氣、甲烷這種宇宙中相對容易獲得的物質的利用野心絕對不止於製造糖、澱粉和脂肪。事實上二氧化碳合成一些其他更低難度的碳氫化合物這種事情，就已經比較成熟了。

還記得合成澱粉的第一步嗎？二氧化碳能合成甲醇，那乙醇肯定沒有問題，那麼汽油呢？

早在2017年5月的時候，中科院大連化學物理研究所就利用新的催化劑實現了二氧化碳和氫氣化學反應制造高辛烷值汽油。

在2022年2月，《美國國家科學院院刊》的論文顯示科學家發明了一種由“釕”組成的新型催化劑，可以提高將二氧化碳轉化為汽油的效率。

同年，中科院大連化學物理研究所和珠海福田能源公司聯合開發了全球首套年產千噸的二氧化碳加氫制汽油中試裝置，且這種方式產出的汽油符合國六標準。未來隨着相關技術發展，搞出****二氧化碳柴油、二氧化碳瀝青之類的東西也不會很奇怪。

有人可能會説，現在燃油車都要淘汰了，難不成我們還要在外太空造汽油車麼？這恰恰可能是一個誤解，二氧化碳造汽油盤活整個新能源能量循環有潛在重要意義。

之前我們就反覆提到，隨着我們新能源的裝機容量提升，現在國內新能源發展尤其是光伏發電和風能發電拓展的最大的問題毫無疑問就是怎麼把沒有及時被用到的電儲存起來，在需要的時候用掉。

二氧化碳製造汽油，你需要加氫氣。而氫氣則是新能源配套儲能技術中十分重要的技術路線，同時也是對於存儲要求比較高的技術路線。

如果説你在製造氫氣的時候就通過二氧化碳直接轉化為汽油。雖然損失了能量，但是無論是運輸還是存儲的成本都會比氫氣或者是液氫要低很多。

未來成本下降以後，不僅汽油是環保的，還能為氫儲能商業化全球鋪開創造一種潛在路徑。而且隨着人造柴油等各種化合物被製造出來，那就可以實現從二氧化碳到塑料、橡膠之類的跨越啊。

雖然我們現在也還在研發基於生物技術實現從二氧化碳到柴油乃至橡膠的生物化學合成路徑的探索。未來搞清楚相關機理之後，搞點什麼在宇宙裏面直接用二氧化碳和氫****氣製造塑料、橡膠什麼的，那可是必需品。

這樣的話，我們就不用考慮要運太多原材料到火星之類的其他星球了。需要的就只是各類反應催化劑以及就地取材的水、二氧化碳、二氧化硅之類的東西了。

然後就可以利用3D打印和其他常見的製造術，原地開始建造各類設施和工廠，以相對火箭運輸更低成本的製造出需要的各種化工原料和基礎物質了。

這可比什麼改造星球之類的成本會低很多，未來隨着農業工業化的推進，水培農場、澱粉工廠、二氧化碳合成橡膠等等在外太空建造成為可能。地球以及未來的外星殖民地的能源利用效率和人口承載能力都將會得到極大的提升。更多的土地和資源可以解放出來，做更多有意義的事情。

看着這些東西一個一個變成現實，我真心覺得如果多活些時候，我們也許真能在太空殖民地好好感受一下宇宙的神奇和人類科技的偉大。也許到了那個時候，我們也有機會和馬斯克做一樣的夢，安眠於浩瀚的太空中。