來（lái）源：生物塑料研究院（yuàn） 2025-10-14 14:45:23
麵對（duì）全球氣候變暖與（yǔ）海洋生態失衡的雙重挑戰，將海洋（yáng）中巨量的二氧化碳“變廢為寶”已成為科技界迫（pò）切的課題。10月6日，一項發表（biǎo）於國際知名學術期刊（kān）《自然·催化（huà）》的研究成果，為這（zhè）一（yī）願景帶來（lái）了突破性進展。這項（xiàng）成果由中國科學院深圳先進技術研究院定量妖精影院生物學全國重點實驗室、合（hé）成生物學研（yán）究所（suǒ）高翔團隊聯合電子科技大學（xué）夏（xià）川團隊提出並驗證，是一種基於“電催化（huà）+生物催化”耦合策略的“人（rén）工海洋碳循環（huán）係統”。該係統可捕集（jí）天然海（hǎi）水中的二氧化碳，並轉化為（wéi）可直接（jiē）進入生物製造（zào）的中間（jiān）體，再進一步升級為（wéi）多類（lèi）高價值化學品與材料。
海（hǎi）洋作（zuò）為地球最大的天然“碳庫”，每年吸收著超四分（fèn）之一的人為排放二氧化碳，在減緩（huǎn）全球（qiú）變暖的同時，也引發了嚴重的海洋酸化問題。如何將已溶入（rù）海水的碳轉化為（wéi）可利用資源，是實現“藍色經濟”與（yǔ）國家“雙碳”目標必須（xū）破解的共（gòng）同命題。
該項研究的關鍵創新在於（yú）采用“電催化+生（shēng）物催化（huà）”的協同耦合策略。電子科技大學（xué）夏川團隊率先攻克了海水碳捕集（jí）的技術瓶頸。他們（men）自主設計的新型電解裝置（zhì），解決了電極鈍化（huà）與鹽類沉積等難題，能在天然海水中連續穩定運（yùn）行超過500小時，二氧化碳捕集效（xiào）率（lǜ）高達70%，並可同步副產氫氣。經測算，每捕集（jí）一噸二氧化（huà）碳（tàn）的成本（běn）約為229.9美元，展現出良好的經濟（jì）可行性。同時，研究團隊還研製出了（le）高活性、高甲酸選擇（zé）性的鉍基催化（huà）劑（Bi-BEN），借助電催化將捕獲的二氧（yǎng）化碳高效轉化為甲酸，並經放大電解（jiě）係統連續穩定運行（háng）20天，持續（xù）獲得高濃度純甲酸（suān）溶液，為後續生物轉化提供穩定原料（liào）。
然而，盡管有了這一關鍵中間產物，但甲酸生物毒性導致大（dà）多數微生物難以（yǐ）高效利用（yòng）又是一大難題。為此，中國科學院深圳先（xiān）進技術研（yán）究院高翔團隊構建了一種能夠高效（xiào）利（lì）用甲酸、並將（jiāng）其轉化為塑料單（dān）體的“超級細胞”。研究團隊選擇將生長速率極快（kuài）的海洋需鈉弧菌作為底盤細胞，成功改造出耐受高濃度甲酸、並能以其作為唯一碳源進行高效生長代謝（xiè）的“工程菌”。該（gāi）工程菌能夠將甲酸精準地轉化為妖精影院生物（wù）可降解塑料聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的核心單體琥珀酸以及可（kě）降解塑料聚乳酸（PLA）的單體乳酸。
為（wéi）了驗證整個係統（tǒng）的碳流向和（hé）產業可行性，研究人員通過碳同位素（sù）（13C）標記實驗，證實了最終生成的琥珀酸分子中碳原子來自（zì）於最初捕獲的二氧化（huà）碳。在此基礎上，他們還在1升和5升的發酵罐中完成了放大實驗，成功實現了該研究從實驗室搖瓶級到中試水（shuǐ）平的過渡。值得注（zhù）意的是（shì），實驗中產品乳（rǔ）酸的產生，也為拓展可降解塑料的（de）多（duō）樣性提供了新的可能。
目前，研究團隊基於妖精影院的生物塑料單體進一步合（hé）成了可完全生物降（jiàng）解的PBS及PLA，並製備出示範吸管產品，展示出（chū）了將海水轉化為綠色材料的產業化可能性（xìng）。研究人員談（tán）到，PBS、PLA隻（zhī）是這一生物製造平台的示範案例，通過電催化與代謝通路（lù）的（de）模塊化設計與組合優化，該平台有望擴展至有機酸、單體、表麵活性劑、營養配料等多元產品譜係，服務於材料、化學、醫藥與食（shí）品等產業場景。
展望未（wèi）來，研究（jiū）團隊計劃在沿海地（dì）區構建集（jí）成化的“綠色工廠”，依托電催化裝置持續從海水中捕獲二氧化碳並轉化為甲酸，並（bìng）通過發酵罐中的工程菌將甲酸高效轉化為綠（lǜ）色塑料原料。隨著技（jì）術不斷（duàn）優化與大規模應用，該研究將有效緩解海（hǎi）水酸化問題（tí），構建“捕碳-產料-製品”一（yī）體化綠色產（chǎn）業鏈，真正實現“邊捕碳、邊產（chǎn）料”的可持續生產模式。
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