下一代半导体：一路向宽，一路向窄
随着以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体步入产业化阶段，对新一代半导体材料的探讨已经进入大众视野。走向产业化的锑化物，以及国内外高度关注的氧化镓、金刚石、氮化铝镓等，都被视为新一代半导体材料的重要方向。从带隙宽度来看，锑化物属于窄带半导体，而氧化镓、金刚石、氮化铝属于超宽禁带半导体。新一代半导体材料，将一路向宽，还是一路向窄？
超宽禁带半导体：
“上天入海”，适用范围广泛
禁带的宽度决定了电子跃迁的难度，是半导体的导电性的决定因素之一。禁带越宽，半导体材料越接近绝缘体，器件稳定性越强，因而超宽禁带半导体能应用于高温、高功率、高频率以及较耐辐照等特殊环境。
“硅器件工作温度范围相对有限，而超宽禁带半导体可谓‘上天下海’，适应范围非常宽广。”中国科学院半导体研究所研究员闫建昌向《中国电子报》记者表示。
在光电子领域，超宽禁带半导体在紫外发光、紫外探测有着广阔的应用空间。基于氮化铝镓等超宽禁带半导体的紫外发光二极管和紫外激光二极管应用于杀菌消毒等医疗卫生领域，特定波长的紫外线能帮助人体补钙。在工业上，超宽禁带可用于制造大功率的紫外光源。
在超宽禁带半导体中，氮化铝镓（氮化铝和氮化镓的合金材料）、氧化镓、金刚石是较有代表性的几个方向。
与氧化镓、金刚石等禁带宽度相对固定的材料不同，氮化铝镓的禁带宽度可以在一定范围内调节，是一种灵活的半导体材料。
“通过调节铝的组份，氮化铝镓可以实现不同的禁带宽度，范围在氮化镓的3.4 eV到氮化铝的6 eV之间。通过合适的比例，可以获得特定的禁带宽度，发射相应波长的紫外线，这是一个有趣也有用的属性。”闫建昌表示。
在制备技术方面，氮化铝镓已经具备了一定的积累。
“氮化镓和氮化铝外延制备的主流方法是MOCVD（金属有机物化学气相沉积），在工艺、设备等产业环节已经有了二三十年的积累。氮化铝镓作为氮化镓、氮化铝的合金材料，在外延制备上与两者有很多相通之处，产业化已经开始起步，预计在接下来的3—5年，会具备规模化量产的水准。”闫建昌向记者指出。
氧化镓相比宽禁带半导体具有更高的能量转换效率。目前，氧化镓材料制备水平进展较快，但是外延、器件方面还有很多工作要做。
“氧化镓的禁带宽度比氮化镓、碳化硅等更宽，功率可以做得更高，也更加省电。氧化镓的制备条件比较苛刻，目前外延材料以2-3寸的小尺寸为主，量产和应用还有一段路要走。” 西安电子科技大学郭辉副教授向《中国电子报》记者表示。
闫建昌指出，散热能力不足是氧化镓的弊端，如何绕开这个弊端的话，去充分发挥它在功率器件的优势，是值得关注的发展方向。
金刚石被视为“终极半导体”材料，具有超宽禁带、高导热系数、高硬度的特点。但也由于硬度最高，实现半导体级别的高纯净度也最为困难，与产品化、产业化还有相当的距离。
“金刚石难以实现半导体级别的制备和掺杂，但我们可以利用类金刚石或者金刚石颗粒去改善半导体器件的散热，把金刚石自身的优势和长处先发挥出来。”闫建昌说。
窄禁带半导体：
继续拓展光谱范围，集中应用在红外光
与超宽禁带半导体相反，锑化物等窄禁带半导体具有高迁移率、导电性强的特点，应用领域也集中在红外线，与超宽禁带应用的紫外线正好分布在光谱两端。可以说，超宽禁带和窄禁带半导体拓展了人类对光谱的利用范围。
在光电子领域，锑化物材料体系有希望成为未来红外成像系统的主要材料体系。据中科院半导体研究所教授牛智川介绍，传统红外光电材料由于均匀性不足、基片面积小、良率极低等瓶颈，难以实现大阵列、双色、多色焦平面以及甚远红外焦平面的制造。
“锑化物在具有高性能的前提下，带隙调控适用范围更广、成本更低、制造规模更大，锑化镓基半导体外延材料技术已经成长为红外光电器件制造的主流。”牛智川向《中国电子报》记者表示。
在微电子领域，锑化物半导体具有超过前三代半导体体系的超高速迁移率，在发展超低功耗超高速微电子集成电路器件方面潜力重大。
在热电器件领域，含锑元素的各类晶体材料具有优良的热电和制冷效应，是长期以来热电制冷器件领域的重要技术方向，具有广阔的应用前景。
在制备方面，锑化物窄带隙半导体与砷化镓、磷化铟等III-V族体系的结构特性、制备工艺类似或兼容，因此不存在量产技术的障碍，其制备成本主要受单晶衬底晶圆面积、外延材料量产容量、工艺集成技术良率的制约。
“随着功能器件需求放大，基于锑化物的激光器和探测器制造已经在量产方面获得了充分的验证，在光电子功能的各类应用领域制造规模逐步扩大，已经具备量产条件。”牛智川指出。
下一代半导体：
越走越“宽”还是越“窄”？
新一代半导体材料是产业变革的基石。从以硅为代表的第一代半导体材料，以砷化镓、磷化铟为代表的第二代半导体材料，以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体材料，半导体器件的工作范围和适用场景不断拓展，为信息社会的发展提供有力支撑。
半导体代表性材料进阶图 下图
那么，真正具有技术前景的新一代半导体材料，应该具备哪些要素？
牛智川表示，评估半导体材料的发展前景时，应注重两个指标。
一是能否发展出高可控性的量产制备技术，这是判断新体系材料是否具有长期发展前景的必要前提。在面向实际应用发展的初期阶段，必须评估规模化生产平台的可行性，包括大型制造设备等，并通过小试和中试工程化考验，检验产品良率和器件性能的稳定性。
其次是技术迭代链条是否完善，这是市场化成败的必要考量。半导体技术迭代链条包括所有技术环节所需的相关支撑条件是否具备可靠来源，市场周期的波动率，用户对产品需求性价比，以及对比竞品材料的优劣等。
在具备产业化前景的基础上，该如何发挥材料自身的性质，使之转化为产业发展的动力并释放市场价值？
闫建昌表示，每一种材料都有自身的优势和局限性，要充分发挥或者挖掘其有利因素，以扬长避短。曾经业界认为氮化镓材料缺陷密度太高，不可能用来发光，但氮化镓的一些特殊机制能够绕开缺陷密度的问题，并基于自身的硬度和化学稳定性等优势弥补纯净度的不足，赢得了发展空间。
“无论氮化铝镓、氧化镓还是金刚石，在器件和产业发展上还有很大的空间。发展的基础取决于材料本身和材料制备水平，要实现更低的缺陷密度，把材料的优势和潜力充分发掘出来，这是未来超宽禁带技术和产业发展的基础。”闫建昌说。
郭辉表示，新材料的上量有一个过程，要考虑综合效益，找寻市场地位。
“在微电子领域，超宽禁带半导体主要用于功率半导体，既要考虑材料本身的制备成本和功率器件本身的成本，也要考虑器件用在系统内的成本。通过综合效益寻找市场空间，形成市场竞争力。”郭辉说。
牛智川表示，要在扎实做好实验室技术开发研究基础上，深入理解材料物性优化的基本技术方法、路径，全方位建立基础物理化学性质数据，形成从设计到器件功能实现的最佳迭代模式。在此基础上，建设中试平台，集中考验实现高良率工程化制造的技术流程、方案和规范。后续增加用户定制要求，逐步完善器件的特定功能的量产制造技术、提高迭代效率，与市场深度融合。#财经##微博股票##今日看盘##财经头条##投资##财经头条文章#
随着以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体步入产业化阶段，对新一代半导体材料的探讨已经进入大众视野。走向产业化的锑化物，以及国内外高度关注的氧化镓、金刚石、氮化铝镓等，都被视为新一代半导体材料的重要方向。从带隙宽度来看，锑化物属于窄带半导体，而氧化镓、金刚石、氮化铝属于超宽禁带半导体。新一代半导体材料，将一路向宽，还是一路向窄？
超宽禁带半导体：
“上天入海”，适用范围广泛
禁带的宽度决定了电子跃迁的难度，是半导体的导电性的决定因素之一。禁带越宽，半导体材料越接近绝缘体，器件稳定性越强，因而超宽禁带半导体能应用于高温、高功率、高频率以及较耐辐照等特殊环境。
“硅器件工作温度范围相对有限，而超宽禁带半导体可谓‘上天下海’，适应范围非常宽广。”中国科学院半导体研究所研究员闫建昌向《中国电子报》记者表示。
在光电子领域，超宽禁带半导体在紫外发光、紫外探测有着广阔的应用空间。基于氮化铝镓等超宽禁带半导体的紫外发光二极管和紫外激光二极管应用于杀菌消毒等医疗卫生领域，特定波长的紫外线能帮助人体补钙。在工业上，超宽禁带可用于制造大功率的紫外光源。
在超宽禁带半导体中，氮化铝镓（氮化铝和氮化镓的合金材料）、氧化镓、金刚石是较有代表性的几个方向。
与氧化镓、金刚石等禁带宽度相对固定的材料不同，氮化铝镓的禁带宽度可以在一定范围内调节，是一种灵活的半导体材料。
“通过调节铝的组份，氮化铝镓可以实现不同的禁带宽度，范围在氮化镓的3.4 eV到氮化铝的6 eV之间。通过合适的比例，可以获得特定的禁带宽度，发射相应波长的紫外线，这是一个有趣也有用的属性。”闫建昌表示。
在制备技术方面，氮化铝镓已经具备了一定的积累。
“氮化镓和氮化铝外延制备的主流方法是MOCVD（金属有机物化学气相沉积），在工艺、设备等产业环节已经有了二三十年的积累。氮化铝镓作为氮化镓、氮化铝的合金材料，在外延制备上与两者有很多相通之处，产业化已经开始起步，预计在接下来的3—5年，会具备规模化量产的水准。”闫建昌向记者指出。
氧化镓相比宽禁带半导体具有更高的能量转换效率。目前，氧化镓材料制备水平进展较快，但是外延、器件方面还有很多工作要做。
“氧化镓的禁带宽度比氮化镓、碳化硅等更宽，功率可以做得更高，也更加省电。氧化镓的制备条件比较苛刻，目前外延材料以2-3寸的小尺寸为主，量产和应用还有一段路要走。” 西安电子科技大学郭辉副教授向《中国电子报》记者表示。
闫建昌指出，散热能力不足是氧化镓的弊端，如何绕开这个弊端的话，去充分发挥它在功率器件的优势，是值得关注的发展方向。
金刚石被视为“终极半导体”材料，具有超宽禁带、高导热系数、高硬度的特点。但也由于硬度最高，实现半导体级别的高纯净度也最为困难，与产品化、产业化还有相当的距离。
“金刚石难以实现半导体级别的制备和掺杂，但我们可以利用类金刚石或者金刚石颗粒去改善半导体器件的散热，把金刚石自身的优势和长处先发挥出来。”闫建昌说。
窄禁带半导体：
继续拓展光谱范围，集中应用在红外光
与超宽禁带半导体相反，锑化物等窄禁带半导体具有高迁移率、导电性强的特点，应用领域也集中在红外线，与超宽禁带应用的紫外线正好分布在光谱两端。可以说，超宽禁带和窄禁带半导体拓展了人类对光谱的利用范围。
在光电子领域，锑化物材料体系有希望成为未来红外成像系统的主要材料体系。据中科院半导体研究所教授牛智川介绍，传统红外光电材料由于均匀性不足、基片面积小、良率极低等瓶颈，难以实现大阵列、双色、多色焦平面以及甚远红外焦平面的制造。
“锑化物在具有高性能的前提下，带隙调控适用范围更广、成本更低、制造规模更大，锑化镓基半导体外延材料技术已经成长为红外光电器件制造的主流。”牛智川向《中国电子报》记者表示。
在微电子领域，锑化物半导体具有超过前三代半导体体系的超高速迁移率，在发展超低功耗超高速微电子集成电路器件方面潜力重大。
在热电器件领域，含锑元素的各类晶体材料具有优良的热电和制冷效应，是长期以来热电制冷器件领域的重要技术方向，具有广阔的应用前景。
在制备方面，锑化物窄带隙半导体与砷化镓、磷化铟等III-V族体系的结构特性、制备工艺类似或兼容，因此不存在量产技术的障碍，其制备成本主要受单晶衬底晶圆面积、外延材料量产容量、工艺集成技术良率的制约。
“随着功能器件需求放大，基于锑化物的激光器和探测器制造已经在量产方面获得了充分的验证，在光电子功能的各类应用领域制造规模逐步扩大，已经具备量产条件。”牛智川指出。
下一代半导体：
越走越“宽”还是越“窄”？
新一代半导体材料是产业变革的基石。从以硅为代表的第一代半导体材料，以砷化镓、磷化铟为代表的第二代半导体材料，以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体材料，半导体器件的工作范围和适用场景不断拓展，为信息社会的发展提供有力支撑。
半导体代表性材料进阶图 下图
那么，真正具有技术前景的新一代半导体材料，应该具备哪些要素？
牛智川表示，评估半导体材料的发展前景时，应注重两个指标。
一是能否发展出高可控性的量产制备技术，这是判断新体系材料是否具有长期发展前景的必要前提。在面向实际应用发展的初期阶段，必须评估规模化生产平台的可行性，包括大型制造设备等，并通过小试和中试工程化考验，检验产品良率和器件性能的稳定性。
其次是技术迭代链条是否完善，这是市场化成败的必要考量。半导体技术迭代链条包括所有技术环节所需的相关支撑条件是否具备可靠来源，市场周期的波动率，用户对产品需求性价比，以及对比竞品材料的优劣等。
在具备产业化前景的基础上，该如何发挥材料自身的性质，使之转化为产业发展的动力并释放市场价值？
闫建昌表示，每一种材料都有自身的优势和局限性，要充分发挥或者挖掘其有利因素，以扬长避短。曾经业界认为氮化镓材料缺陷密度太高，不可能用来发光，但氮化镓的一些特殊机制能够绕开缺陷密度的问题，并基于自身的硬度和化学稳定性等优势弥补纯净度的不足，赢得了发展空间。
“无论氮化铝镓、氧化镓还是金刚石，在器件和产业发展上还有很大的空间。发展的基础取决于材料本身和材料制备水平，要实现更低的缺陷密度，把材料的优势和潜力充分发掘出来，这是未来超宽禁带技术和产业发展的基础。”闫建昌说。
郭辉表示，新材料的上量有一个过程，要考虑综合效益，找寻市场地位。
“在微电子领域，超宽禁带半导体主要用于功率半导体，既要考虑材料本身的制备成本和功率器件本身的成本，也要考虑器件用在系统内的成本。通过综合效益寻找市场空间，形成市场竞争力。”郭辉说。
牛智川表示，要在扎实做好实验室技术开发研究基础上，深入理解材料物性优化的基本技术方法、路径，全方位建立基础物理化学性质数据，形成从设计到器件功能实现的最佳迭代模式。在此基础上，建设中试平台，集中考验实现高良率工程化制造的技术流程、方案和规范。后续增加用户定制要求，逐步完善器件的特定功能的量产制造技术、提高迭代效率，与市场深度融合。#财经##微博股票##今日看盘##财经头条##投资##财经头条文章#
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。
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。
感受城市呼吸，聚焦低碳生活
宝马高乐：让低碳行为常态化，如呼吸般自然而然
在9月22日“绿色出行日”当天，由中国人民对外友好协会、澎湃新闻、宝马中国联合主办的2021“BMW卓越城市讲堂”开启。活动以“城市呼吸”为主题，聚焦可持续发展与城市间的关联。相关领域专家、学者、政界人士、行业代表及青年学生等共约100人受邀参加了现场活动。
2021“BMW卓越城市讲堂”开场由主办方对“城市呼吸”这一主题进行解读。宝马集团大中华区总裁兼首席执行官高乐表示：“宝马致力于提供令消费者满意的可持续产品，且不牺牲品牌体验或者产品性能。”他认为，每个人都应该将“可持续”作为“默认”的常态，就像“呼吸”一样，至关重要又极为自然。
高乐指出，平衡商业成功与脱碳挑战的关系，离不开两个关键因素：合作与创新。宝马集团设定了清晰、科学、可衡量的二氧化碳减排目标，并扩展到全价值链，协同产业链合作伙伴共同推进碳减排。在前不久的慕尼黑车展（IAA 2021）上，宝马开创性地引入循环设计理念，从车辆设计之初就考虑回收过程，以技术创新推动绿色转型。
城市讲堂主题演讲环节，国家应对气候变化战略研究和国际合作中心战略规划研究部主任柴麒敏以数字为切入点解读碳达峰和碳中和，号召全民参与碳中和行动。他指出，诸多国际城市已成为减排新力量，包括宝马集团在内的多元实体在其中发挥了头雁作用。
其他演讲嘉宾分别从“衣”、“食”、“住”、“行”等与日常生活息息相关的角度出发，分享前沿和务实的思考，以期人们能在城市中更自发地履行低碳义务。同济大学副校长娄永琪表示，应对可持续发展的挑战，需将设计等创新资源注入社区，滋养可持续的互动。食物森林Forested创始人裘成认为，创造食物的循环经济，形成可持续的食物体系对于减碳目标至关重要。北京大学景观设计学研究院副院长、中国生态学会城市生态学专业委员会秘书长李迪华指出，落实碳减排的关键是让人们愿意走出家门，这就需要改变现有的城市居住空间。世界资源研究所中国可持续城市项目主任刘岱宗强调，中国城市要实现碳中和目标，面临巨大的交通减碳压力，需要以最快的速度做出回应和改变。
一年前的9月22日，中国明确提出碳达峰目标与碳中和愿景。宝马集团全力支持中国向低碳经济转型，并将可持续作为宝马在中国的核心战略目标。宝马致力于打造“最绿色的电动车”，从原材料、供应链、生产到回收利用，实现全生命周期的绿色环保。
在本月初的慕尼黑车展，宝马集团也再次“升级”了可持续发展目标。到2030年，宝马集团车辆使用阶段的平均碳排放将减少至2019年的一半。再加上生产阶段减排80%和供应链端减排20%，到2030年，宝马集团全生命周期的单车平均碳排放将减少40%。届时，宝马集团预计将在全球完成约1000万辆宝马集团纯电动车的交付，纯电动车型有望占据宝马集团全球销量的一半。
集合各行业成功实践，为减碳建言献策
2021“BMW卓越城市讲堂”期间，主办方在线上发布了《城市低碳72策：实务者言》成果册，从实践者的角度分享创造低碳环境的具体做法以及如何实现突破。手册内容包括背景、最佳实践和建议等，涵盖能源转型、产业升级、生态建筑、低碳交通、循环经济、绿色金融、科技创新、基于自然等相关领域，为决策者制定城市脱碳政策提供借鉴和参考。
例如，宝马携手供应商及合作伙伴，与中国发展研究基金会共同发起了“产业链绿色转型倡议”，积极探索产业链减排路径，支持包括汽车行业在内的各个产业的绿色转型。宝马携同供应商和其他合作伙伴，在新能源技术使用、创新材料技术与制造、以及绿电交易等方面探索实践，共同助力可持续发展。
呼应循环设计理念，共倡绿色低碳生产生活
2021“BMW卓越城市讲堂”特别邀请了中央美术学院建筑系主任何崴教授设计了以“城市呼吸”为主题的艺术装置，陈列在讲堂外。观众可以进入装置，触摸城市的光与色，随着行走或身体移动，感知城市和自然的声音。艺术家希望借助这个装置引发观众对城市-自然-科技-人之间关系的思考，从而更真切地体会“呼吸”的含义。艺术家运用新思路、新材料、新设计为观众带来创新互动体验，这与宝马在本月初的慕尼黑车展上提出的循环设计理念不谋而合，即“再思考、再精减、再利用、再回收”，引导人们重新审视并践行可持续发展，倡导绿色低碳生产生活方式。
今天城市里的“理所当然”，在过去都是“不可思议”的变革。2021“BMW卓越城市讲堂”旨在加深人们对可持续的理解，并鼓励越来越多的人立即采取实际行动，共创可持续发展的低碳城市，使每一个人都可以在蓝天白云下自由呼吸。
宝马高乐：让低碳行为常态化，如呼吸般自然而然
在9月22日“绿色出行日”当天，由中国人民对外友好协会、澎湃新闻、宝马中国联合主办的2021“BMW卓越城市讲堂”开启。活动以“城市呼吸”为主题，聚焦可持续发展与城市间的关联。相关领域专家、学者、政界人士、行业代表及青年学生等共约100人受邀参加了现场活动。
2021“BMW卓越城市讲堂”开场由主办方对“城市呼吸”这一主题进行解读。宝马集团大中华区总裁兼首席执行官高乐表示：“宝马致力于提供令消费者满意的可持续产品，且不牺牲品牌体验或者产品性能。”他认为，每个人都应该将“可持续”作为“默认”的常态，就像“呼吸”一样，至关重要又极为自然。
高乐指出，平衡商业成功与脱碳挑战的关系，离不开两个关键因素：合作与创新。宝马集团设定了清晰、科学、可衡量的二氧化碳减排目标，并扩展到全价值链，协同产业链合作伙伴共同推进碳减排。在前不久的慕尼黑车展（IAA 2021）上，宝马开创性地引入循环设计理念，从车辆设计之初就考虑回收过程，以技术创新推动绿色转型。
城市讲堂主题演讲环节，国家应对气候变化战略研究和国际合作中心战略规划研究部主任柴麒敏以数字为切入点解读碳达峰和碳中和，号召全民参与碳中和行动。他指出，诸多国际城市已成为减排新力量，包括宝马集团在内的多元实体在其中发挥了头雁作用。
其他演讲嘉宾分别从“衣”、“食”、“住”、“行”等与日常生活息息相关的角度出发，分享前沿和务实的思考，以期人们能在城市中更自发地履行低碳义务。同济大学副校长娄永琪表示，应对可持续发展的挑战，需将设计等创新资源注入社区，滋养可持续的互动。食物森林Forested创始人裘成认为，创造食物的循环经济，形成可持续的食物体系对于减碳目标至关重要。北京大学景观设计学研究院副院长、中国生态学会城市生态学专业委员会秘书长李迪华指出，落实碳减排的关键是让人们愿意走出家门，这就需要改变现有的城市居住空间。世界资源研究所中国可持续城市项目主任刘岱宗强调，中国城市要实现碳中和目标，面临巨大的交通减碳压力，需要以最快的速度做出回应和改变。
一年前的9月22日，中国明确提出碳达峰目标与碳中和愿景。宝马集团全力支持中国向低碳经济转型，并将可持续作为宝马在中国的核心战略目标。宝马致力于打造“最绿色的电动车”，从原材料、供应链、生产到回收利用，实现全生命周期的绿色环保。
在本月初的慕尼黑车展，宝马集团也再次“升级”了可持续发展目标。到2030年，宝马集团车辆使用阶段的平均碳排放将减少至2019年的一半。再加上生产阶段减排80%和供应链端减排20%，到2030年，宝马集团全生命周期的单车平均碳排放将减少40%。届时，宝马集团预计将在全球完成约1000万辆宝马集团纯电动车的交付，纯电动车型有望占据宝马集团全球销量的一半。
集合各行业成功实践，为减碳建言献策
2021“BMW卓越城市讲堂”期间，主办方在线上发布了《城市低碳72策：实务者言》成果册，从实践者的角度分享创造低碳环境的具体做法以及如何实现突破。手册内容包括背景、最佳实践和建议等，涵盖能源转型、产业升级、生态建筑、低碳交通、循环经济、绿色金融、科技创新、基于自然等相关领域，为决策者制定城市脱碳政策提供借鉴和参考。
例如，宝马携手供应商及合作伙伴，与中国发展研究基金会共同发起了“产业链绿色转型倡议”，积极探索产业链减排路径，支持包括汽车行业在内的各个产业的绿色转型。宝马携同供应商和其他合作伙伴，在新能源技术使用、创新材料技术与制造、以及绿电交易等方面探索实践，共同助力可持续发展。
呼应循环设计理念，共倡绿色低碳生产生活
2021“BMW卓越城市讲堂”特别邀请了中央美术学院建筑系主任何崴教授设计了以“城市呼吸”为主题的艺术装置，陈列在讲堂外。观众可以进入装置，触摸城市的光与色，随着行走或身体移动，感知城市和自然的声音。艺术家希望借助这个装置引发观众对城市-自然-科技-人之间关系的思考，从而更真切地体会“呼吸”的含义。艺术家运用新思路、新材料、新设计为观众带来创新互动体验，这与宝马在本月初的慕尼黑车展上提出的循环设计理念不谋而合，即“再思考、再精减、再利用、再回收”，引导人们重新审视并践行可持续发展，倡导绿色低碳生产生活方式。
今天城市里的“理所当然”，在过去都是“不可思议”的变革。2021“BMW卓越城市讲堂”旨在加深人们对可持续的理解，并鼓励越来越多的人立即采取实际行动，共创可持续发展的低碳城市，使每一个人都可以在蓝天白云下自由呼吸。
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