智能时代下，中国汽车品牌的机会（下）
原创 罗松松 远川研究所 2022-05-19
03 奋力一搏
每个大国都有一个汽车梦，而每个生产汽车的国家都有一个高端梦。
众所周知，汽车是欧美人的发明，作为后发国家想要进入第一梯队，从过往的日韩经验来看都是从物美价廉的小车开始做起，然后通过出口打响名气，沉淀了一定的核心技术之后才推出高端品牌，时间跨度一般都在四十年左右。
比如现代汽车于1967年成立，2015年才将捷尼赛斯（Genisis）独立。
在燃油车时代，中国品牌高端化之路走的异常艰难，但在智能电动化时代，由于技术的迁移、消费者意识的变化等多重因素，人们对于国产车价格的接受程度也在被不断刷新。
2017年年底，蔚来第一款车ES8上市，起售价为44.8万，创始版价格更是高达54.8万起，成为国产车价格之“最”，当时很多声音认为这是一种“膨胀自大”的表现，甚至出现一种论调，认为“只要BBA开始出手，国产电动车会被打回原形”。
但后来的事，大家都知道了，蔚来挺过了2019年的至暗时刻，成为资本市场的香饽饽，去年推出了同样价格不菲的ET7，反观BBA在国内推出的纯电产品，在中国表现不尽人意，在终端市场频频降价。
去年12月发生了一件有意思的事。在50万元以上的豪华电动车这个细分市场上，高合HiPhi X超越保时捷Taycan成为细分市场第一，而排在后面的还有奔驰EQC和奥迪e-tron，而且这种领先姿态一直保持数月，要知道高合的均价高达70万元左右。
高合成立于2017年，四年之后正式交付HiPhi X，而且仅靠这一款车型就可以力压传统豪门登顶细分市场冠军，这在七十多年的中国汽车工业史上还是第一次，而这种表现和高合创始团队以及品牌定位有莫大关系。
高合的创始人丁磊从业20多年，在上汽通用、上汽大众、上汽集团和浦东新区政府都当过决策者，对宏观政策、前瞻技术以及产业链都拥有深厚的沉淀。
当很多新势力都选择而下而上的路线时，丁磊选择了高举高打的战略，率先提出以场景定义设计、软件定义汽车、共创定义价值的三大理念开发产品，其目的是让高合成为新世界第一科技豪华品牌。
高合的出现实际上了提出了一个问题：为什么在燃油车时代屡屡受挫的高端化在智能电动时代就变得可行，有些品牌甚至可以跳过20-40万的红海市场，直接剑指50万以上的细分市场？
这里不得不提到1962年美国学者罗杰斯提出的“创新扩散曲线”。
在他看来，无论是一个新观念还是一个新产品，从诞生到被广泛接受需要经历一个过程，最早接受新观念，尝试新事物的人叫innovaters（创新者），比例只有2.5%，之后是early adopters（早期使用者），比例约为12.5%。
虽然同是交通工具，但智能电动车是一个和传统燃油车有巨大差异的新生物，就像iPhone之于诺基亚，而想要俘获“创新者”和“早期使用者”的芳心，就要在差异点上做足文章，比如第一代iPhone不是强调续航和通信，而是多点触控技术。
对传统燃油车而言，豪华品牌通常强调的是发动机、底盘和变速箱的技术先进性、舒适性和高科技配置以及品牌的附加值，但在智能电动车时代，发动机和变速箱被抛弃，品牌鸿沟也由于消费者日渐成熟而缩短，“豪华”的内涵也发生了变化，给了后发选手可趁之机。
这也是高合这样的品牌能诞生的外部条件，但想要在强手如云的高端市场站稳脚跟，则必须要靠货真价实的产品力和创新力，具体而言则是在传统的部分做加法，在智能的部分做乘法。
比如在物理结构设计上，高合充分发挥了创业公司轻装上阵的优势，摒弃了一些传统豪华品牌采用的油电混合平台，而是采用原生的纯电平台，既能带来超跑的外观造型和超长续航里程，又能提供充足的驾乘空间。
另一方面，高合也适应了“软件定义汽车”的趋势，摒弃了传统的分布式电子电气架构，采用了全球领先的开放式H-SOA架构，开发了软件中间件实现软硬分离，进行功能重组和调动，从而可以开发出众多的车辆智能应用，适应更多的使用场景。
这种全新的架构本质上是以用户需求为中心做产品开发，能够大大缩短软件的开发周期，为用户提供更加丰富的场景和应用，而依赖传统供应链结构的整车厂则无法高效实现这一点。
在燃油车时代，国产车想卖到20万以上都无比困难，想要卖出50万以上更是痴人说梦，但在智能化时代，有人做到了，虽然这看似是一小步，但却是中国汽车产业的一大步，这并非符合了历史进程，这就是历史进程的本身。
04尾声
十年前，国产手机想要卖到2000块钱都非易事，大家基本上都集中在中低端市场内卷血拼，华为也不例外。
一位网友感慨，“什么时候外国人也能来中国排队买华为手机，我们就成功了”。当时余承东转发了这条微博并且回复称：“这是华为手机产品线年初晚会上大伙喊出的口号，要争取让国人排队买华为手机的那一天[2]！”
从2018年开始，这个美好的想象终于变成事实，以华为为首的手机品牌风靡全球，如果不是因为美国的制裁，华为的全球攻势将会更加势如破竹，虽然可惜，但这也激发了华为翻开了另一个篇章：新能源汽车。
和智能电动车相比，手机无论是产值，技术难度、供应链复杂度还是对国家的战略意义都无法相提并论，但正是因为如此，国产电动车的崛起才变得更有意义。
而要证明一个产业的崛起，无外乎要拥有真正拿得出手的品牌。从中国汽车品牌在燃油时代的跟随和奋进，到电动化后一步一步的走到台前。有华为汽车这样的异军突起，也有蔚小理这样的模式创新，更有高合挑战中国品牌高维。
这几家具有鲜明性格的企业，也同时用市场的认可证明了电动时代下中国品牌的站位，借助高合这样的品牌敢于撕掉“自主品牌既是廉价代名词”的标签去思考，不难看出创新和引领不失为他成功的要义。
依托这些行业的中坚力量，中国电动车产业前进的序曲不绝于耳。
原创 罗松松 远川研究所 2022-05-19
03 奋力一搏
每个大国都有一个汽车梦，而每个生产汽车的国家都有一个高端梦。
众所周知，汽车是欧美人的发明，作为后发国家想要进入第一梯队，从过往的日韩经验来看都是从物美价廉的小车开始做起，然后通过出口打响名气，沉淀了一定的核心技术之后才推出高端品牌，时间跨度一般都在四十年左右。
比如现代汽车于1967年成立，2015年才将捷尼赛斯（Genisis）独立。
在燃油车时代，中国品牌高端化之路走的异常艰难，但在智能电动化时代，由于技术的迁移、消费者意识的变化等多重因素，人们对于国产车价格的接受程度也在被不断刷新。
2017年年底，蔚来第一款车ES8上市，起售价为44.8万，创始版价格更是高达54.8万起，成为国产车价格之“最”，当时很多声音认为这是一种“膨胀自大”的表现，甚至出现一种论调，认为“只要BBA开始出手，国产电动车会被打回原形”。
但后来的事，大家都知道了，蔚来挺过了2019年的至暗时刻，成为资本市场的香饽饽，去年推出了同样价格不菲的ET7，反观BBA在国内推出的纯电产品，在中国表现不尽人意，在终端市场频频降价。
去年12月发生了一件有意思的事。在50万元以上的豪华电动车这个细分市场上，高合HiPhi X超越保时捷Taycan成为细分市场第一，而排在后面的还有奔驰EQC和奥迪e-tron，而且这种领先姿态一直保持数月，要知道高合的均价高达70万元左右。
高合成立于2017年，四年之后正式交付HiPhi X，而且仅靠这一款车型就可以力压传统豪门登顶细分市场冠军，这在七十多年的中国汽车工业史上还是第一次，而这种表现和高合创始团队以及品牌定位有莫大关系。
高合的创始人丁磊从业20多年，在上汽通用、上汽大众、上汽集团和浦东新区政府都当过决策者，对宏观政策、前瞻技术以及产业链都拥有深厚的沉淀。
当很多新势力都选择而下而上的路线时，丁磊选择了高举高打的战略，率先提出以场景定义设计、软件定义汽车、共创定义价值的三大理念开发产品，其目的是让高合成为新世界第一科技豪华品牌。
高合的出现实际上了提出了一个问题：为什么在燃油车时代屡屡受挫的高端化在智能电动时代就变得可行，有些品牌甚至可以跳过20-40万的红海市场，直接剑指50万以上的细分市场？
这里不得不提到1962年美国学者罗杰斯提出的“创新扩散曲线”。
在他看来，无论是一个新观念还是一个新产品，从诞生到被广泛接受需要经历一个过程，最早接受新观念，尝试新事物的人叫innovaters（创新者），比例只有2.5%，之后是early adopters（早期使用者），比例约为12.5%。
虽然同是交通工具，但智能电动车是一个和传统燃油车有巨大差异的新生物，就像iPhone之于诺基亚，而想要俘获“创新者”和“早期使用者”的芳心，就要在差异点上做足文章，比如第一代iPhone不是强调续航和通信，而是多点触控技术。
对传统燃油车而言，豪华品牌通常强调的是发动机、底盘和变速箱的技术先进性、舒适性和高科技配置以及品牌的附加值，但在智能电动车时代，发动机和变速箱被抛弃，品牌鸿沟也由于消费者日渐成熟而缩短，“豪华”的内涵也发生了变化，给了后发选手可趁之机。
这也是高合这样的品牌能诞生的外部条件，但想要在强手如云的高端市场站稳脚跟，则必须要靠货真价实的产品力和创新力，具体而言则是在传统的部分做加法，在智能的部分做乘法。
比如在物理结构设计上，高合充分发挥了创业公司轻装上阵的优势，摒弃了一些传统豪华品牌采用的油电混合平台，而是采用原生的纯电平台，既能带来超跑的外观造型和超长续航里程，又能提供充足的驾乘空间。
另一方面，高合也适应了“软件定义汽车”的趋势，摒弃了传统的分布式电子电气架构，采用了全球领先的开放式H-SOA架构，开发了软件中间件实现软硬分离，进行功能重组和调动，从而可以开发出众多的车辆智能应用，适应更多的使用场景。
这种全新的架构本质上是以用户需求为中心做产品开发，能够大大缩短软件的开发周期，为用户提供更加丰富的场景和应用，而依赖传统供应链结构的整车厂则无法高效实现这一点。
在燃油车时代，国产车想卖到20万以上都无比困难，想要卖出50万以上更是痴人说梦，但在智能化时代，有人做到了，虽然这看似是一小步，但却是中国汽车产业的一大步，这并非符合了历史进程，这就是历史进程的本身。
04尾声
十年前，国产手机想要卖到2000块钱都非易事，大家基本上都集中在中低端市场内卷血拼，华为也不例外。
一位网友感慨，“什么时候外国人也能来中国排队买华为手机，我们就成功了”。当时余承东转发了这条微博并且回复称：“这是华为手机产品线年初晚会上大伙喊出的口号，要争取让国人排队买华为手机的那一天[2]！”
从2018年开始，这个美好的想象终于变成事实，以华为为首的手机品牌风靡全球，如果不是因为美国的制裁，华为的全球攻势将会更加势如破竹，虽然可惜，但这也激发了华为翻开了另一个篇章：新能源汽车。
和智能电动车相比，手机无论是产值，技术难度、供应链复杂度还是对国家的战略意义都无法相提并论，但正是因为如此，国产电动车的崛起才变得更有意义。
而要证明一个产业的崛起，无外乎要拥有真正拿得出手的品牌。从中国汽车品牌在燃油时代的跟随和奋进，到电动化后一步一步的走到台前。有华为汽车这样的异军突起，也有蔚小理这样的模式创新，更有高合挑战中国品牌高维。
这几家具有鲜明性格的企业，也同时用市场的认可证明了电动时代下中国品牌的站位，借助高合这样的品牌敢于撕掉“自主品牌既是廉价代名词”的标签去思考，不难看出创新和引领不失为他成功的要义。
依托这些行业的中坚力量，中国电动车产业前进的序曲不绝于耳。
【从0到1的突破！人工合成淀粉有何厉害之处】
设想一下，不需要种地，也不需要绿色植物，以太阳光、水和二氧化碳为原料，在工厂里就可以像植物一样源源不断生产出淀粉。是不是很神奇？而今，这看似遥不可及的一幕，在不久的将来，有望实现。
近期，中科院天津工业生物技术研究所传来喜讯：经过6年技术攻关，科研团队在淀粉人工合成方面取得重大突破性进展，在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。
不依赖植物光合作用，设计人工生物系统固定二氧化碳，合成淀粉，这一被国际学术界认为将是影响世界的重大颠覆性技术，究竟有何厉害之处？其突破，又有何科学意义和现实意义？记者就此采访了论文的作者及相关专家。
突破瓶颈
中国人偏重碳水饮食，清代美食家袁枚曾在《随园食单》中这样写道，“粥饭本也，余菜末也”，足见国人对碳水的宠爱。这里所说的碳水即碳水化合物，由碳、氢、氧组成，是人类生存必不可少的元素。而淀粉就是“粥饭”中最主要的碳水化合物，它是面粉、大米、玉米等粮食的主要成分，是养活全球人口最重要的食物原料，同时也是重要的工业原料。
多少年来，农作物通过光合作用，将水、二氧化碳等无机化合物合成可作为动物饲料和人类食物的糖类乃至淀粉等碳水化合物，是地球上最重要的生物化学反应过程。但这是效率最高的淀粉生产方式吗？答案是否定的。
根据论文通讯作者、天津工业生物所所长马延和提供的数据，在玉米等农作物中，将二氧化碳转变为淀粉，涉及约60步代谢反应以及复杂的生理调控，太阳能的利用效率不足2%。“植物经过亿万年进化，适应了自然环境，其固有属性制约了淀粉高效合成。”马延和称。
有没有一种办法能够摆脱植物来合成淀粉？自合成生物学诞生以来，人们就开始尝试人工构建非自然途径，实现二氧化碳到淀粉的转化，以突破植物媒介光合作用的瓶颈。但是，因为技术路线不清、瓶颈问题难测，这条科研之路存在很多不确定性。
马延和等人还是决定勇闯“无人区”。2015年起，天津工业生物所在中国科学院重点部署项目和天津市财政专项的支持下，立项开展二氧化碳合成淀粉的研究。
6年鏖战，研究团队终于如愿以偿。论文第一作者、天津工业生物所副研究员蔡韬兴奋地说：“我们拿合成淀粉与自然界中的淀粉比较，得到核磁结果是一模一样的，可以说，合成淀粉实际上与自然的淀粉是没有区别的。”
这意味着什么？数据显示，2019年，全世界有近7.5亿人面临重度粮食不安全，占世界总人口近十分之一。“即使是替代一部分粮食淀粉作为工业原料甚至饲料，也是对缓解农业压力的巨大贡献。”马延和表示。
技术路径
用二氧化碳人工合成淀粉，这项颠覆性技术是如何炼成的？马延和告诉记者，从能量角度看，光合作用的本质是将太阳光能转化为储藏在淀粉中的化学能。
可如何更高效地将光能转变为化学能？模拟和借鉴自然过程，构筑新的人工光合途径，科研人员想到了光能—电能—化学能的能量转变方式，首先通过光伏发电将光能转变为电能，通过光伏电水解产生氢气，然后通过催化利用氢气将二氧化碳还原生成甲醇，将电能转化为甲醇中储存的化学能，该过程的能量转化效率超过10%，远超光合作用的能量利用效率。
甲醇储存了来自太阳能的能量，但是自然界中并不存在甲醇合成淀粉的生命过程。于是，科研人员又利用合成生物学的思想，从海量的生物化学反应数据中设计出了一条仅包含10步主反应的甲醇到淀粉的人工路线ASAP。
为将设计蓝图变为现实，科研人员还挖掘与改造了来自动物、植物、微生物等31个不同物种的62个生物酶催化剂，最终优中选优，使用10个酶逐步将一碳的甲醇转化为三碳的二羟基丙酮，进一步转化为六碳的磷酸葡萄糖，最终合成了直链和支链淀粉。
“这是实现人工光合作用合成淀粉的一种过程。”马延和说，从科学突破角度看，这一人工途径的淀粉合成，向设计自然、超越自然目标的实现迈进了一大步，为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础。
从技术创新角度看，通过发展高效的人工催化剂和生物酶，研究团队从6568个生化反应中设计形成固碳与人工合成淀粉新途径。按照20%的光电转化效率计算，这条化学、生物杂合的人工合成淀粉新系统，理论能量转化效率可达7%，其淀粉合成速率比自然光合作用提高了3.5倍。
这意味着什么？蔡韬解释，按照目前技术参数推算，在能量供给充足的条件下，理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于5亩土地玉米种植的淀粉产量(按我国玉米淀粉平均亩产量计算)，“这一成果为从二氧化碳到淀粉生产的工业车间制造打开了一扇窗”。
应用前景
在江南大学原校长、中国工程院院士陈坚看来，食品生产大约占据全球40%的耕地，产生了25%的温室气体，作为最主要的粮食成分之一，淀粉的可持续供应是人类未来面临的重要挑战。这项研究成果将化学与生物的方法相结合，采用蛋白质工程和合成生物学等一系列新技术，从二氧化碳直接合成淀粉，完全颠覆了传统的淀粉生产方式。这项研究工作是典型的从“0到1”的原创性成果，不仅对未来的农业生产，特别是粮食生产具有革命性的影响，而且对全球生物制造产业的发展具有里程碑式的意义。
马延和表示，如果未来该系统过程成本与农业种植相比具有经济可行性，并实际应用，将有可能节约90%以上的耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响，提高人类粮食安全水平。
不过，他同时强调，目前该成果尚处于实验室阶段，离实际应用还有相当长的距离，且面临诸多挑战。
“后续，研究团队还需要尽快实现从‘0到1’的概念突破到‘1到10’和‘10到100’的转换，让这项技术最终成为解决人类发展问题的有效手段和工具。”中科院副院长周琪表示，中科院将集成相关科技力量，一如既往地支持该项研究深入推进。
“当今世界面临全球气候变化、粮食安全、能源资源短缺、生态环境污染等一系列重大挑战，科技创新已成为重塑全球格局、创造人类美好未来的关键因素。二氧化碳的转化利用与人工合成淀粉，正是应对挑战的重大科技问题之一。”周琪说。
来源：经济日报
设想一下，不需要种地，也不需要绿色植物，以太阳光、水和二氧化碳为原料，在工厂里就可以像植物一样源源不断生产出淀粉。是不是很神奇？而今，这看似遥不可及的一幕，在不久的将来，有望实现。
近期，中科院天津工业生物技术研究所传来喜讯：经过6年技术攻关，科研团队在淀粉人工合成方面取得重大突破性进展，在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。
不依赖植物光合作用，设计人工生物系统固定二氧化碳，合成淀粉，这一被国际学术界认为将是影响世界的重大颠覆性技术，究竟有何厉害之处？其突破，又有何科学意义和现实意义？记者就此采访了论文的作者及相关专家。
突破瓶颈
中国人偏重碳水饮食，清代美食家袁枚曾在《随园食单》中这样写道，“粥饭本也，余菜末也”，足见国人对碳水的宠爱。这里所说的碳水即碳水化合物，由碳、氢、氧组成，是人类生存必不可少的元素。而淀粉就是“粥饭”中最主要的碳水化合物，它是面粉、大米、玉米等粮食的主要成分，是养活全球人口最重要的食物原料，同时也是重要的工业原料。
多少年来，农作物通过光合作用，将水、二氧化碳等无机化合物合成可作为动物饲料和人类食物的糖类乃至淀粉等碳水化合物，是地球上最重要的生物化学反应过程。但这是效率最高的淀粉生产方式吗？答案是否定的。
根据论文通讯作者、天津工业生物所所长马延和提供的数据，在玉米等农作物中，将二氧化碳转变为淀粉，涉及约60步代谢反应以及复杂的生理调控，太阳能的利用效率不足2%。“植物经过亿万年进化，适应了自然环境，其固有属性制约了淀粉高效合成。”马延和称。
有没有一种办法能够摆脱植物来合成淀粉？自合成生物学诞生以来，人们就开始尝试人工构建非自然途径，实现二氧化碳到淀粉的转化，以突破植物媒介光合作用的瓶颈。但是，因为技术路线不清、瓶颈问题难测，这条科研之路存在很多不确定性。
马延和等人还是决定勇闯“无人区”。2015年起，天津工业生物所在中国科学院重点部署项目和天津市财政专项的支持下，立项开展二氧化碳合成淀粉的研究。
6年鏖战，研究团队终于如愿以偿。论文第一作者、天津工业生物所副研究员蔡韬兴奋地说：“我们拿合成淀粉与自然界中的淀粉比较，得到核磁结果是一模一样的，可以说，合成淀粉实际上与自然的淀粉是没有区别的。”
这意味着什么？数据显示，2019年，全世界有近7.5亿人面临重度粮食不安全，占世界总人口近十分之一。“即使是替代一部分粮食淀粉作为工业原料甚至饲料，也是对缓解农业压力的巨大贡献。”马延和表示。
技术路径
用二氧化碳人工合成淀粉，这项颠覆性技术是如何炼成的？马延和告诉记者，从能量角度看，光合作用的本质是将太阳光能转化为储藏在淀粉中的化学能。
可如何更高效地将光能转变为化学能？模拟和借鉴自然过程，构筑新的人工光合途径，科研人员想到了光能—电能—化学能的能量转变方式，首先通过光伏发电将光能转变为电能，通过光伏电水解产生氢气，然后通过催化利用氢气将二氧化碳还原生成甲醇，将电能转化为甲醇中储存的化学能，该过程的能量转化效率超过10%，远超光合作用的能量利用效率。
甲醇储存了来自太阳能的能量，但是自然界中并不存在甲醇合成淀粉的生命过程。于是，科研人员又利用合成生物学的思想，从海量的生物化学反应数据中设计出了一条仅包含10步主反应的甲醇到淀粉的人工路线ASAP。
为将设计蓝图变为现实，科研人员还挖掘与改造了来自动物、植物、微生物等31个不同物种的62个生物酶催化剂，最终优中选优，使用10个酶逐步将一碳的甲醇转化为三碳的二羟基丙酮，进一步转化为六碳的磷酸葡萄糖，最终合成了直链和支链淀粉。
“这是实现人工光合作用合成淀粉的一种过程。”马延和说，从科学突破角度看，这一人工途径的淀粉合成，向设计自然、超越自然目标的实现迈进了一大步，为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础。
从技术创新角度看，通过发展高效的人工催化剂和生物酶，研究团队从6568个生化反应中设计形成固碳与人工合成淀粉新途径。按照20%的光电转化效率计算，这条化学、生物杂合的人工合成淀粉新系统，理论能量转化效率可达7%，其淀粉合成速率比自然光合作用提高了3.5倍。
这意味着什么？蔡韬解释，按照目前技术参数推算，在能量供给充足的条件下，理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于5亩土地玉米种植的淀粉产量(按我国玉米淀粉平均亩产量计算)，“这一成果为从二氧化碳到淀粉生产的工业车间制造打开了一扇窗”。
应用前景
在江南大学原校长、中国工程院院士陈坚看来，食品生产大约占据全球40%的耕地，产生了25%的温室气体，作为最主要的粮食成分之一，淀粉的可持续供应是人类未来面临的重要挑战。这项研究成果将化学与生物的方法相结合，采用蛋白质工程和合成生物学等一系列新技术，从二氧化碳直接合成淀粉，完全颠覆了传统的淀粉生产方式。这项研究工作是典型的从“0到1”的原创性成果，不仅对未来的农业生产，特别是粮食生产具有革命性的影响，而且对全球生物制造产业的发展具有里程碑式的意义。
马延和表示，如果未来该系统过程成本与农业种植相比具有经济可行性，并实际应用，将有可能节约90%以上的耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响，提高人类粮食安全水平。
不过，他同时强调，目前该成果尚处于实验室阶段，离实际应用还有相当长的距离，且面临诸多挑战。
“后续，研究团队还需要尽快实现从‘0到1’的概念突破到‘1到10’和‘10到100’的转换，让这项技术最终成为解决人类发展问题的有效手段和工具。”中科院副院长周琪表示，中科院将集成相关科技力量，一如既往地支持该项研究深入推进。
“当今世界面临全球气候变化、粮食安全、能源资源短缺、生态环境污染等一系列重大挑战，科技创新已成为重塑全球格局、创造人类美好未来的关键因素。二氧化碳的转化利用与人工合成淀粉，正是应对挑战的重大科技问题之一。”周琪说。
来源：经济日报
#狮戬商学院##微深读#设想一下，不需要种地，也不需要绿色植物，以太阳光、水和二氧化碳为原料，在工厂里就可以像植物一样源源不断生产出淀粉。是不是很神奇？而今，这看似遥不可及的一幕，在不久的将来，有望实现。
近期，中科院天津工业生物技术研究所传来喜讯：经过6年技术攻关，科研团队在淀粉人工合成方面取得重大突破性进展，在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。
不依赖植物光合作用，设计人工生物系统固定二氧化碳，合成淀粉，这一被国际学术界认为将是影响世界的重大颠覆性技术，究竟有何厉害之处？其突破，又有何科学意义和现实意义？记者就此采访了论文的作者及相关专家。
突破瓶颈
中国人偏重碳水饮食，清代美食家袁枚曾在《随园食单》中这样写道，“粥饭本也，余菜末也”，足见国人对碳水的宠爱。这里所说的碳水即碳水化合物，由碳、氢、氧组成，是人类生存必不可少的元素。而淀粉就是“粥饭”中最主要的碳水化合物，它是面粉、大米、玉米等粮食的主要成分，是养活全球人口最重要的食物原料，同时也是重要的工业原料。
多少年来，农作物通过光合作用，将水、二氧化碳等无机化合物合成可作为动物饲料和人类食物的糖类乃至淀粉等碳水化合物，是地球上最重要的生物化学反应过程。但这是效率最高的淀粉生产方式吗？答案是否定的。
根据论文通讯作者、天津工业生物所所长马延和提供的数据，在玉米等农作物中，将二氧化碳转变为淀粉，涉及约60步代谢反应以及复杂的生理调控，太阳能的利用效率不足2%。“植物经过亿万年进化，适应了自然环境，其固有属性制约了淀粉高效合成。”马延和称。
有没有一种办法能够摆脱植物来合成淀粉？自合成生物学诞生以来，人们就开始尝试人工构建非自然途径，实现二氧化碳到淀粉的转化，以突破植物媒介光合作用的瓶颈。但是，因为技术路线不清、瓶颈问题难测，这条科研之路存在很多不确定性。
马延和等人还是决定勇闯“无人区”。2015年起，天津工业生物所在中国科学院重点部署项目和天津市财政专项的支持下，立项开展二氧化碳合成淀粉的研究。
6年鏖战，研究团队终于如愿以偿。论文第一作者、天津工业生物所副研究员蔡韬兴奋地说：“我们拿合成淀粉与自然界中的淀粉比较，得到核磁结果是一模一样的，可以说，合成淀粉实际上与自然的淀粉是没有区别的。”
这意味着什么？数据显示，2019年，全世界有近7.5亿人面临重度粮食不安全，占世界总人口近十分之一。“即使是替代一部分粮食淀粉作为工业原料甚至饲料，也是对缓解农业压力的巨大贡献。”马延和表示。
技术路径
用二氧化碳人工合成淀粉，这项颠覆性技术是如何炼成的？马延和告诉记者，从能量角度看，光合作用的本质是将太阳光能转化为储藏在淀粉中的化学能。
可如何更高效地将光能转变为化学能？模拟和借鉴自然过程，构筑新的人工光合途径，科研人员想到了光能—电能—化学能的能量转变方式，首先通过光伏发电将光能转变为电能，通过光伏电水解产生氢气，然后通过催化利用氢气将二氧化碳还原生成甲醇，将电能转化为甲醇中储存的化学能，该过程的能量转化效率超过10%，远超光合作用的能量利用效率。
甲醇储存了来自太阳能的能量，但是自然界中并不存在甲醇合成淀粉的生命过程。于是，科研人员又利用合成生物学的思想，从海量的生物化学反应数据中设计出了一条仅包含10步主反应的甲醇到淀粉的人工路线ASAP。
为将设计蓝图变为现实，科研人员还挖掘与改造了来自动物、植物、微生物等31个不同物种的62个生物酶催化剂，最终优中选优，使用10个酶逐步将一碳的甲醇转化为三碳的二羟基丙酮，进一步转化为六碳的磷酸葡萄糖，最终合成了直链和支链淀粉。
“这是实现人工光合作用合成淀粉的一种过程。”马延和说，从科学突破角度看，这一人工途径的淀粉合成，向设计自然、超越自然目标的实现迈进了一大步，为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础。
从技术创新角度看，通过发展高效的人工催化剂和生物酶，研究团队从6568个生化反应中设计形成固碳与人工合成淀粉新途径。按照20%的光电转化效率计算，这条化学、生物杂合的人工合成淀粉新系统，理论能量转化效率可达7%，其淀粉合成速率比自然光合作用提高了3.5倍。
这意味着什么？蔡韬解释，按照目前技术参数推算，在能量供给充足的条件下，理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于5亩土地玉米种植的淀粉产量（按我国玉米淀粉平均亩产量计算），“这一成果为从二氧化碳到淀粉生产的工业车间制造打开了一扇窗”。
应用前景
在江南大学原校长、中国工程院院士陈坚看来，食品生产大约占据全球40%的耕地，产生了25%的温室气体，作为最主要的粮食成分之一，淀粉的可持续供应是人类未来面临的重要挑战。这项研究成果将化学与生物的方法相结合，采用蛋白质工程和合成生物学等一系列新技术，从二氧化碳直接合成淀粉，完全颠覆了传统的淀粉生产方式。这项研究工作是典型的从“0到1”的原创性成果，不仅对未来的农业生产，特别是粮食生产具有革命性的影响，而且对全球生物制造产业的发展具有里程碑式的意义。
马延和表示，如果未来该系统过程成本与农业种植相比具有经济可行性，并实际应用，将有可能节约90%以上的耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响，提高人类粮食安全水平。
不过，他同时强调，目前该成果尚处于实验室阶段，离实际应用还有相当长的距离，且面临诸多挑战。
“后续，研究团队还需要尽快实现从‘0到1’的概念突破到‘1到10’和‘10到100’的转换，让这项技术最终成为解决人类发展问题的有效手段和工具。”中科院副院长周琪表示，中科院将集成相关科技力量，一如既往地支持该项研究深入推进。
“当今世界面临全球气候变化、粮食安全、能源资源短缺、生态环境污染等一系列重大挑战，科技创新已成为重塑全球格局、创造人类美好未来的关键因素。二氧化碳的转化利用与人工合成淀粉，正是应对挑战的重大科技问题之一。”周琪说。
近期，中科院天津工业生物技术研究所传来喜讯：经过6年技术攻关，科研团队在淀粉人工合成方面取得重大突破性进展，在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。
不依赖植物光合作用，设计人工生物系统固定二氧化碳，合成淀粉，这一被国际学术界认为将是影响世界的重大颠覆性技术，究竟有何厉害之处？其突破，又有何科学意义和现实意义？记者就此采访了论文的作者及相关专家。
突破瓶颈
中国人偏重碳水饮食，清代美食家袁枚曾在《随园食单》中这样写道，“粥饭本也，余菜末也”，足见国人对碳水的宠爱。这里所说的碳水即碳水化合物，由碳、氢、氧组成，是人类生存必不可少的元素。而淀粉就是“粥饭”中最主要的碳水化合物，它是面粉、大米、玉米等粮食的主要成分，是养活全球人口最重要的食物原料，同时也是重要的工业原料。
多少年来，农作物通过光合作用，将水、二氧化碳等无机化合物合成可作为动物饲料和人类食物的糖类乃至淀粉等碳水化合物，是地球上最重要的生物化学反应过程。但这是效率最高的淀粉生产方式吗？答案是否定的。
根据论文通讯作者、天津工业生物所所长马延和提供的数据，在玉米等农作物中，将二氧化碳转变为淀粉，涉及约60步代谢反应以及复杂的生理调控，太阳能的利用效率不足2%。“植物经过亿万年进化，适应了自然环境，其固有属性制约了淀粉高效合成。”马延和称。
有没有一种办法能够摆脱植物来合成淀粉？自合成生物学诞生以来，人们就开始尝试人工构建非自然途径，实现二氧化碳到淀粉的转化，以突破植物媒介光合作用的瓶颈。但是，因为技术路线不清、瓶颈问题难测，这条科研之路存在很多不确定性。
马延和等人还是决定勇闯“无人区”。2015年起，天津工业生物所在中国科学院重点部署项目和天津市财政专项的支持下，立项开展二氧化碳合成淀粉的研究。
6年鏖战，研究团队终于如愿以偿。论文第一作者、天津工业生物所副研究员蔡韬兴奋地说：“我们拿合成淀粉与自然界中的淀粉比较，得到核磁结果是一模一样的，可以说，合成淀粉实际上与自然的淀粉是没有区别的。”
这意味着什么？数据显示，2019年，全世界有近7.5亿人面临重度粮食不安全，占世界总人口近十分之一。“即使是替代一部分粮食淀粉作为工业原料甚至饲料，也是对缓解农业压力的巨大贡献。”马延和表示。
技术路径
用二氧化碳人工合成淀粉，这项颠覆性技术是如何炼成的？马延和告诉记者，从能量角度看，光合作用的本质是将太阳光能转化为储藏在淀粉中的化学能。
可如何更高效地将光能转变为化学能？模拟和借鉴自然过程，构筑新的人工光合途径，科研人员想到了光能—电能—化学能的能量转变方式，首先通过光伏发电将光能转变为电能，通过光伏电水解产生氢气，然后通过催化利用氢气将二氧化碳还原生成甲醇，将电能转化为甲醇中储存的化学能，该过程的能量转化效率超过10%，远超光合作用的能量利用效率。
甲醇储存了来自太阳能的能量，但是自然界中并不存在甲醇合成淀粉的生命过程。于是，科研人员又利用合成生物学的思想，从海量的生物化学反应数据中设计出了一条仅包含10步主反应的甲醇到淀粉的人工路线ASAP。
为将设计蓝图变为现实，科研人员还挖掘与改造了来自动物、植物、微生物等31个不同物种的62个生物酶催化剂，最终优中选优，使用10个酶逐步将一碳的甲醇转化为三碳的二羟基丙酮，进一步转化为六碳的磷酸葡萄糖，最终合成了直链和支链淀粉。
“这是实现人工光合作用合成淀粉的一种过程。”马延和说，从科学突破角度看，这一人工途径的淀粉合成，向设计自然、超越自然目标的实现迈进了一大步，为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础。
从技术创新角度看，通过发展高效的人工催化剂和生物酶，研究团队从6568个生化反应中设计形成固碳与人工合成淀粉新途径。按照20%的光电转化效率计算，这条化学、生物杂合的人工合成淀粉新系统，理论能量转化效率可达7%，其淀粉合成速率比自然光合作用提高了3.5倍。
这意味着什么？蔡韬解释，按照目前技术参数推算，在能量供给充足的条件下，理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于5亩土地玉米种植的淀粉产量（按我国玉米淀粉平均亩产量计算），“这一成果为从二氧化碳到淀粉生产的工业车间制造打开了一扇窗”。
应用前景
在江南大学原校长、中国工程院院士陈坚看来，食品生产大约占据全球40%的耕地，产生了25%的温室气体，作为最主要的粮食成分之一，淀粉的可持续供应是人类未来面临的重要挑战。这项研究成果将化学与生物的方法相结合，采用蛋白质工程和合成生物学等一系列新技术，从二氧化碳直接合成淀粉，完全颠覆了传统的淀粉生产方式。这项研究工作是典型的从“0到1”的原创性成果，不仅对未来的农业生产，特别是粮食生产具有革命性的影响，而且对全球生物制造产业的发展具有里程碑式的意义。
马延和表示，如果未来该系统过程成本与农业种植相比具有经济可行性，并实际应用，将有可能节约90%以上的耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响，提高人类粮食安全水平。
不过，他同时强调，目前该成果尚处于实验室阶段，离实际应用还有相当长的距离，且面临诸多挑战。
“后续，研究团队还需要尽快实现从‘0到1’的概念突破到‘1到10’和‘10到100’的转换，让这项技术最终成为解决人类发展问题的有效手段和工具。”中科院副院长周琪表示，中科院将集成相关科技力量，一如既往地支持该项研究深入推进。
“当今世界面临全球气候变化、粮食安全、能源资源短缺、生态环境污染等一系列重大挑战，科技创新已成为重塑全球格局、创造人类美好未来的关键因素。二氧化碳的转化利用与人工合成淀粉，正是应对挑战的重大科技问题之一。”周琪说。
✋热门推荐