据美国《大众科学》月刊网站10月23日报道，植物利用光合作用将二氧化碳转化为可以代谢的分子。然而，这并不是能产生这些分子的唯一过程。

10月23日发表在美国《焦耳》杂志上的一篇新论文研究了以下可能性：通过一种无需光合作用的过程为植物生长提供营养。

如果能够实现这一目标，植物就可以在没有阳光的情况下生长，从而为实现论文中所说的“电子农业”打开大门。这篇论文展望了一个乌托邦式的未来：农作物可以在目前无法耕种的地方(论文称“城市中心、干旱沙漠，甚至外太空环境”都可能用作耕地)生长，而目前用于农业的大片土地可以重新用于种树。论文还推测，有可能在太空中和/或火星上使用这项技术。

这些崇高目标背后的技术是相对平凡的：电解，即利用电流来驱动化学反应。这种工艺已经有几百年历史了：它最早出现在18世纪末。19世纪初，英国化学家汉弗莱·戴维爵士用它分离出多种新元素。今天，它被用于从提炼金属到脱毛的各种事。

电解二氧化碳可产生各种基本的碳氢化合物和相关简单分子，例如甲醇、乙醇、乙烯、甲酸盐和醋酸盐。然而，这些物质并非都能被植物代谢，而能被植物代谢的物质——乙醇和醋酸盐——相对较难产生。

论文作者之一焦锋(音)向《大众科学》解释说：“在基本的二氧化碳电解过程中，醋酸盐是一个副产物，选择率不到10%。”为了使电解成为一种可行的植物营养来源，需要显著提升这个数字。这篇论文描述了这方面的一个重要进展，即使用两步法，研究人员称之为“串联电解过程”。在这个过程中，二氧化碳首先被转化为一氧化碳。第二步是将一氧化碳转化为醋酸盐。

这就避免了二氧化碳直接转化为醋酸盐的问题：二氧化碳是一种酸性气体，而醋酸盐作为阴离子是碱性的。相比之下，一氧化碳不是酸性的。而正如焦锋所解释的，“由此产生的高pH值……在电催化一氧化碳还原反应中促进醋酸盐的形成。这就是‘串联电解过程’产生醋酸盐的效率高得多的原因所在”。那么具体高多少呢？焦锋说：“这个过程可以实现近90%的醋酸盐选择率。”

剩下的10%是以乙烯和氢为主的副产物。焦锋说，两种物质都可以得到很好利用，“(乙烯和氢)是工业上广泛使用的商用化学品，可以用于其他用途，例如将乙烯转化为塑料和聚合物”。

当然，顾名思义，电解需要电。在这方面，“电子农业”将与传统农业存在本质区别：虽然农场也要消耗电力，但在最基本的层面上，光合作用不需要电力。焦锋说，在理想的世界里，“电子农业”消耗的电力将来自可再生能源。但他承认，情况不一定是这样，“电力可以来自现有电网，不一定是可再生能源”。

这篇论文设想将植物种植在分层结构中，顶部安装屋顶太阳能电池板。

然而，大规模发展“电子农业”将需要大量的太阳能电池板。论文估计，要满足整个美国的粮食需求，“电子农业”每年需要的电力几乎是2023年美国全部电力需求的5倍。

当然，没有人主张对美国粮食生产进行大规模的电解式重组。可以发展规模小得多的“电子农业”，以便在城市荒地等处种植粮食。

论文指出，电解是一个效率明显比光合作用更高的过程。

“电子农业”还有其他好处，比如减少肥料流失。

焦锋说：“当植物在受控环境中生长时，可以通过防止流失显著提高肥料利用率。结合太阳能转化为生物质方面的高效率，(‘电子农业’)可以减少高达90%的肥料浪费。”（编译/郭骏）