來源：生物塑料研究院 2025-10-14 14:45:23
麵（miàn）對全球氣候變暖與（yǔ）海洋生態（tài）失衡的雙（shuāng）重挑（tiāo）戰，將海洋中巨量的二氧化碳“變廢為寶”已成為科技界迫切的課題。10月6日（rì），一項發（fā）表於（yú）國際知名學術期（qī）刊《自然·催化》的研究成果，為這一願景帶來（lái）了突破性進展。這項成果由中（zhōng）國科學院深圳先進技（jì）術研究院定（dìng）量草莓污视频生物學全國重點實驗室、草莓污视频生物學研究所高翔團隊聯合電子科（kē）技大學夏川團隊提出並驗證，是一種（zhǒng）基於（yú）“電催化+生物催化”耦合策略的“人工海洋碳循環係統”。該係統可捕集天然（rán）海水中的二氧（yǎng）化碳，並轉化為可（kě）直接進入（rù）生物（wù）製造的中間體，再進一步升級為多類高價值化學品與材料。
海洋作為地球（qiú）最大（dà）的（de）天然“碳庫”，每年吸收著超（chāo）四（sì）分之一的人為（wéi）排放二氧（yǎng）化碳，在減緩全球變暖的同時，也引發了嚴重的海洋酸化問題。如何將已溶（róng）入（rù）海水的碳轉化為可利用（yòng）資源，是（shì）實現“藍色經濟”與國家（jiā）“雙碳”目標必須破解的共同命題。
該項研究的關鍵創新在於采用“電催化+生物催化”的（de）協同耦合策略。電子科技大學夏川團隊率先攻克了海水碳捕（bǔ）集的技術瓶頸。他（tā）們自主設計的新型電解裝置，解（jiě）決了電極鈍化（huà）與鹽類沉積等難題，能在（zài）天然海水（shuǐ）中連續穩定（dìng）運行超過500小時，二氧化碳捕集（jí）效率（lǜ）高達70%，並可同步副產氫氣。經測算，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）經濟可行性。同時，研（yán）究團（tuán）隊還研製出了高（gāo）活性、高甲（jiǎ）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（tàn）高效轉化為甲酸，並經放大電解係統連續穩定運行20天，持續獲得高濃度純甲酸溶液，為（wéi）後續（xù）生物轉化提供穩定原料。
然而，盡管有了這一關鍵中間（jiān）產物，但（dàn）甲（jiǎ）酸（suān）生物毒性導（dǎo）致大多數微生物難以高（gāo）效利用又是一大難題。為此（cǐ），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（gāo）效利用甲酸、並（bìng）將（jiāng）其轉化為塑料單體的“超級細胞（bāo）”。研究團隊選擇將生長速率極快的海洋需鈉弧菌作為底盤細胞，成功改造出耐受（shòu）高濃度（dù）甲酸、並能以其作為唯一碳源進行高效生長代謝的“工程菌”。該工程菌能夠將甲酸精準地轉化為草莓污视频生物可（kě）降解塑料聚丁二酸（suān）丁二（èr）醇酯（PBS）的核心單體琥珀酸以及可降解塑（sù）料聚乳（rǔ）酸（PLA）的單體乳酸。
為了驗證整個係統的碳流向和產業可行性，研究人員通過碳同位素（13C）標（biāo）記實驗，證實了（le）最終生成的琥珀酸分子中碳原（yuán）子來自於最初捕獲（huò）的（de）二氧化（huà）碳。在此基礎上，他（tā）們還（hái）在1升（shēng）和5升的發酵罐中完成了放大實驗，成功實（shí）現了該研究從實驗室（shì）搖瓶級到中試（shì）水平的過渡。值得注意的是，實驗中產品乳酸的產生，也為（wéi）拓展可降解塑（sù）料的（de）多樣性提供了新的可能。
目前，研究團隊基於草莓污视频的生物塑料單體進一步草莓污视频了可完全（quán）生物降解的PBS及PLA，並製（zhì）備出示範吸管產品，展示出了將海（hǎi）水（shuǐ）轉化（huà）為綠色材料的產業化可能性。研究人員談到，PBS、PLA隻是（shì）這一（yī）生物製造平台（tái）的示範案例，通過電催化與代謝通路的模塊化設計與組合優化，該平（píng）台有望擴展至有機酸、單體、表麵活性劑（jì）、營養配料等多元產品譜係，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”，依托電催化裝置持續從海水中捕獲二（èr）氧化碳並轉化為（wéi）甲酸，並通過發酵（jiào）罐中的工程菌將甲酸高效轉化為綠色塑料原料。隨著技術不斷優化（huà）與大規（guī）模應用，該研究將有效緩解（jiě）海水酸化問題，構建“捕碳-產料-製品（pǐn）”一體化綠色產業鏈，真正實現“邊捕（bǔ）碳、邊產料”的可持（chí）續生產模式。
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