來源：生物塑料研究院 2025-10-14 14:45:23
麵對全球氣候（hòu）變暖與海洋生態失衡的雙重挑戰，將海洋中巨量的二氧化（huà）碳“變廢為寶”已（yǐ）成為科技界迫切的（de）課題。10月6日，一項發表於國際知名學術期刊（kān）《自然·催化》的研究成果，為（wéi）這一願（yuàn）景帶來了突破性進展。這項成果由中國科學院深圳（zhèn）先進技術研究院（yuàn）定量（liàng）合（hé）成生物學全（quán）國重點（diǎn）實驗室、妖精影院生（shēng）物學研究所高翔團隊聯合電子科技大學夏川團隊提出並（bìng）驗證，是一種基於“電催化+生物催化”耦（ǒu）合策略的“人工海洋碳循環係統”。該係統可捕集天然海水中的（de）二氧（yǎng）化碳，並轉化為可直接進入生物製造的中間體，再進一步升級為多類高價值化學（xué）品（pǐn）與材料。
海洋作為地球（qiú）最大的天然“碳庫”，每年吸收著超四分之一的人為排放二氧化碳，在減緩全（quán）球變暖的同時，也引（yǐn）發了嚴重的海洋酸化（huà）問題。如何將已溶入海水的碳（tàn）轉化為可利用資源，是實現“藍色經濟”與國家“雙碳”目標必（bì）須破解的共同命題。
該項研究（jiū）的關鍵創新在於采用“電催化+生物催化”的（de）協同耦合策略。電子科技大學（xué）夏川團隊率先攻（gōng）克了海水碳（tàn）捕集的技術（shù）瓶頸。他（tā）們自（zì）主設計的新型電解（jiě）裝置，解決了電極（jí）鈍化與鹽類沉積等（děng）難題，能在（zài）天然（rán）海水中連續穩（wěn）定運行超過500小時，二氧化碳捕集效率高達70%，並可同步副產氫（qīng）氣。經測（cè）算，每捕集一噸二氧化碳的成本約為229.9美元，展現出良好的（de）經濟可（kě）行性。同時，研究團（tuán）隊還研製出了高活性、高甲酸選擇性的鉍基催化劑（Bi-BEN），借助電催化將捕獲（huò）的二氧化碳高效轉化為甲酸，並經（jīng）放大電解（jiě）係統連續穩（wěn）定（dìng）運行20天，持續獲得（dé）高濃度純甲酸溶（róng）液，為（wéi）後續生（shēng）物轉化提供穩定原料。
然而，盡管有了這（zhè）一關鍵中間產物，但甲酸生物毒性導致大多數微生物（wù）難以高效利用又是一（yī）大難題。為此，中國科學院深圳先進（jìn）技術研究院高翔團隊構建了一種能夠高效利用甲酸、並（bìng）將其轉化為塑料單體的“超（chāo）級細胞”。研究團（tuán）隊選擇將生長速率極快的海（hǎi）洋需鈉弧（hú）菌作為底盤細胞，成功改造出耐受高濃（nóng）度甲酸、並（bìng）能以其作（zuò）為唯一碳源進行高效生長代謝的“工程菌（jun1）”。該工程（chéng）菌能夠將甲酸精準（zhǔn）地轉（zhuǎn）化為妖精影院生物可降解塑料聚丁（dīng）二酸丁二醇酯（PBS）的核心單體琥珀酸以及可降（jiàng）解塑料聚乳酸（PLA）的單體乳酸（suān）。
為了驗證整個係統的碳流向和產業可行性（xìng），研究人員通過碳同位素（13C）標記實驗，證實了最終生（shēng）成的琥（hǔ）珀酸分（fèn）子中（zhōng）碳原子來自於最（zuì）初捕（bǔ）獲的二氧化碳。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（yàn）室搖瓶級到中（zhōng）試水平的過渡。值得注意的是，實驗中產品乳酸的產生，也為拓（tuò）展可降解塑料的多樣性提供了（le）新的可能（néng）。
目前，研究團隊基（jī）於妖精影院的生物塑料單體進（jìn）一步妖精影院了可完全生物降解的PBS及PLA，並製備出示範吸管產品，展示出了將海水轉化為綠色材料的產業化可能性（xìng）。研究人（rén）員（yuán）談到，PBS、PLA隻是這一生物製造平台（tái）的示（shì）範案例，通過電催化與代謝通路的模塊化設計與組合優化，該平台有望擴展至（zhì）有機酸、單體（tǐ）、表麵活性劑、營養配料等多元產（chǎn）品譜（pǔ）係，服務於材料、化學、醫藥與食品等產業場景。
展望未來，研究團隊計劃在沿海地區構建集成化的“綠色工廠”，依（yī）托電催化裝置持續從海水中捕獲（huò）二氧（yǎng）化碳並（bìng）轉化為甲酸，並通過發酵罐中的工程（chéng）菌將（jiāng）甲酸高效轉化為綠色塑料原料。隨（suí）著技術不斷優化與大規模應用（yòng），該研究將有效緩解海水酸化問題，構建“捕碳-產料-製品”一體化綠色產業鏈（liàn），真正實（shí）現（xiàn）“邊捕碳（tàn）、邊產料”的（de）可持續生產（chǎn）模式。
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