《把工业二氧化碳变成电池燃料》

回到最近的二氧化碳制葡萄糖。把纯的乙酸加水稀释，就可以喂给酿酒酵母细菌了。这就是第三步即最后一步，乙酸变葡萄糖。这是酿酒酵母的功劳，但不是普通的酿酒酵母，而是经过基因编辑的酿酒酵母。

为什么要基因编辑？因为酿酒酵母可以把乙酸转化成葡萄糖，但自身也会代谢掉一部分葡萄糖，所以产量不高。中国科学院深圳先进技术研究院于涛研究员的团队把酿酒酵母中与葡萄糖代谢有关的五个基因都敲除了，让它们只能产生葡萄糖，而不能消耗。他们还给酿酒酵母插入了来自泛菌属和大肠杆菌的葡萄糖磷酸酶元件，这两种酶可以将酵母体内其他通路中的磷酸分子转化为葡萄糖，进一步加强酵母菌积累葡萄糖的能力。在这些改造之后，酵母菌就成了专一高效生产葡萄糖的工具菌，产量达到2.2克每升。996的程序员是怎样炼成的……

对酿酒酵母细菌的工程化

乙酸通过发酵还可以变成脂肪酸。类似地，他们也通过基因编辑技术强化了酵母菌生成脂肪酸的能力，达到了448.5毫克每升的产量。

通过微生物发酵生产葡萄糖和脂肪酸

总结一下，这项工作分为三步，每一步都有某种核心技术大大提高了效率。第一步二氧化碳变一氧化碳的核心技术是Ni-N-C的单原子催化剂，第二步一氧化碳变乙酸的核心技术是有大量表面缺陷的Cu催化剂和固态电解质装置，第三步乙酸变葡萄糖或脂肪酸的核心技术是对酵母菌的基因编辑。通过这些创新的叠加，就可以实现革命性的结果。

你也许会问，这种方法能不能代替农业？我们以后是不是就不用种地了？实际上，现在的成本肯定比直接种植物要高，不可能这么快就取代农业。但有以下几点值得注意。

第一，跟农业相比，这种方法不需要耕种、收割、榨取等过程，生产周期短，占地面积小，不受地域、气候等影响，可以即产即用。因此这种方法在不具备种植条件的情况下价值更大，——例如太空探索。

第二，这种方法的能量来源是电力。如果用燃烧化石能源来发电，那意义就不大了，因为最初的目的不就是减少二氧化碳排放嘛！但现在新能源发展蓬勃，用风电、光电、水电等等将二氧化碳转化成化学品，就很有价值了。如果将来可控核聚变成功，就更加不可限量。

第三，这种方法的价值不只在于它本身，还在于提出了一条普适的思路，即电催化与合成生物学的组合。比如未来要合成淀粉、色素、药物等等，电催化设施都不用变，只需要改变发酵的微生物就行。这就打开了无尽的想象空间。

第四，这种方法还有很大的改进余地。例如提高酵母菌对乙酸浓度的承受性，就可以提高产率。在多种改进之后，是有可能在经济上变得有利的。

最后，你可能想问，这项工作跟2021年的二氧化碳制淀粉有什么区别和联系？

回答是，中国科学院天津工业生物技术研究所的二氧化碳制淀粉没有用到生物细胞体系。这是前所未有的突破，是最了不起的地方，所以引起了世界轰动。他们合成了新的酶催化剂，但这些酶是在生物体之外直接工作的。如果没有微生物可以利用，比如说在火星上，那么用这种方法就可以造出淀粉，——只要有能量输入就行。实际上，这种方法的原料之一是氢气，氢气就是能量输入，因为氢气是一种高能的物质，一般是从电解水产生的。

人工淀粉合成路径的设计与模块组装

而曾杰等人的方法是化学与生物联用，如果有微生物可以利用，实现起来就更方便。它的原料只是二氧化碳和水，不包括氢气这样的高能物质。此外，它的三步过程都是在常温常压的温和条件下进行的，而二氧化碳制淀粉的第一步二氧化碳变甲醇需要高温高压。因此，两种方法和思路各有所长，将来可以互补使用，甚至合作产生更大的成果。

从更大的图景来看，中国科学家在二氧化碳转化方面不断取得重大突破，在这个重要领域走在了世界前列。随着新能源与催化剂的进步，二氧化碳转化有望一步步成为现实，拯救地球，甚至拯救外星球。