來源：生物（wù）塑料研究院（yuàn） 2025-10-14 14:45:23
麵對全球氣候變暖與（yǔ）海洋生態失衡的雙重挑戰，將海洋中巨量的二氧（yǎng）化碳“變（biàn）廢為寶”已成為科技界迫切的課題。10月（yuè）6日，一項發表於國際知（zhī）名學術（shù）期刊《自然·催化》的研究成果，為這一願景帶（dài）來了突（tū）破性（xìng）進展。這項成果由中國科學院深圳先進技術研究院定量草莓污视频生物學全國重（chóng）點實驗室、草莓污视频生物學研究所高翔團隊聯合電子科技大（dà）學（xué）夏川團隊提（tí）出（chū）並驗證，是一種基於“電（diàn）催化+生物催化（huà）”耦合策略的“人工海洋碳循環係統”。該係統可捕集天然海水中的（de）二（èr）氧化碳，並轉化為可直（zhí）接進（jìn）入生物製造的中間體，再進一步升級為多類高價值化學品與材料。
海洋作（zuò）為地球最大的天然“碳庫”，每年（nián）吸收著超四分之一的人為排放二（èr）氧化碳，在減緩全球變暖的同時，也引發了嚴重的海洋酸（suān）化問題。如何將已溶入海水的碳（tàn）轉化為可利用資源，是實（shí）現“藍色經濟”與國家“雙碳”目標必須破解的共同（tóng）命（mìng）題。
該項研究的關鍵創新在於采用“電催化+生物催（cuī）化”的（de）協同耦合策略（luè）。電子科技（jì）大學（xué）夏川團隊率先攻（gōng）克了海水碳（tàn）捕集的技術瓶頸。他（tā）們自主設計的新型電解裝置（zhì），解決了電極鈍化與鹽類（lèi）沉積等難題，能（néng）在天然（rán）海水中連續穩定運行超過500小時，二氧化碳捕（bǔ）集（jí）效率高達70%，並可同步副產氫氣。經測（cè）算，每捕集一噸二氧化碳的成本約（yuē）為229.9美元，展現出良好的經濟可行性。同時，研究團隊還研製出了高活性、高甲酸選擇性的鉍基催（cuī）化劑（Bi-BEN），借（jiè）助電催化將捕獲的（de）二氧化碳高效轉化為甲酸，並經放大電解係統連續穩定運行20天，持續獲（huò）得高濃度純甲酸溶液，為後續生物轉化提供穩定原料。
然而，盡（jìn）管有了這一關（guān）鍵中間產物，但甲酸生物毒性導（dǎo）致大多數微生物難以高（gāo）效（xiào）利用又是（shì）一大難題。為此（cǐ），中國科學院深（shēn）圳先進技術研（yán）究院高翔（xiáng）團隊構建了一種能夠高效利用（yòng）甲酸、並將其（qí）轉化為塑料單體的“超級細（xì）胞”。研究團隊選擇將生長速率極快的海洋需鈉（nà）弧菌作為底（dǐ）盤細胞，成功改造出耐受高濃度甲酸、並（bìng）能以其作為唯一碳源（yuán）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降解塑料聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的核心單體琥珀酸以（yǐ）及可降解塑（sù）料聚乳酸（PLA）的單（dān）體乳酸。
為了驗證整個係統（tǒng）的（de）碳流向和（hé）產（chǎn）業可行性，研（yán）究人（rén）員（yuán）通過碳同位（wèi）素（13C）標記實（shí）驗，證實了最終生成的琥珀酸分子（zǐ）中碳原子來自於最（zuì）初捕獲的（de）二氧化（huà）碳。在此基礎上，他們還（hái）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（shí）驗室搖瓶級到中試水平的過渡。值得注意的是，實驗中產品乳酸的產生，也為拓展可降解塑料的多樣性提供（gòng）了新的可能。
目前，研究團隊基於草莓污视频的生（shēng）物塑料單體（tǐ）進一步草莓污视频了可完全生物降解的PBS及PLA，並製備出示（shì）範吸管產品，展示出（chū）了將海水（shuǐ）轉化為綠色材料的產業化可能性。研（yán）究人員談到，PBS、PLA隻是這一生物製造（zào）平台的示（shì）範案例，通過電催化與代謝通路的模塊（kuài）化設計與組合優化，該平台有望（wàng）擴展至有機酸、單體、表麵活性劑、營養配料（liào）等多元產品譜係，服務於材料、化學、醫藥與食品（pǐn）等產（chǎn）業場景。
展望未來，研（yán）究團隊計劃在沿（yán）海地區構建集成化的（de）“綠色工廠”，依（yī）托電催化裝置持續（xù）從海水中捕獲二氧化碳並（bìng）轉（zhuǎn）化為甲酸，並通過發酵罐中的工（gōng）程菌將甲酸（suān）高效轉化為綠色塑料原料。隨（suí）著技術不斷優化與大規模（mó）應用，該研究將有效（xiào）緩解海水酸化問題，構（gòu）建“捕碳-產料-製品（pǐn）”一體化（huà）綠色產業鏈，真正實現“邊捕碳、邊產料”的可持續生產模（mó）式。
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