來源：生物塑（sù）料研究院 2025-10-14 14:45:23
麵對全球氣候變暖與海洋生態失衡的雙重挑（tiāo）戰，將海洋（yáng）中巨量的二氧化（huà）碳“變廢為（wéi）寶”已成為科技界迫切的（de）課題。10月6日，一項發表於國（guó）際（jì）知名學（xué）術期刊《自然·催化》的研（yán）究成果，為這一願（yuàn）景（jǐng）帶來了突破性進展。這（zhè）項成果由中國科學院深圳先進技術研究（jiū）院定量国产精品免费福利生物學全（quán）國（guó）重點實驗室（shì）、国产精品免费福利生物學研（yán）究所高翔團隊聯合電子科技大學夏川團隊提出並驗證，是一種基於“電催化+生物催化”耦合策略的“人工海洋碳循環係統”。該係統可捕集天然海水中的二氧化碳，並轉化（huà）為可直接進入（rù）生物製造（zào）的中間體，再進一步升級為多類高價值化學品與材料（liào）。
海洋作為地（dì）球（qiú）最（zuì）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，在減緩全球變暖的同時，也引發了（le）嚴重的（de）海洋酸化問題。如何將已溶入海水的碳轉化為可利用資源，是（shì）實現“藍色經濟”與國家（jiā）“雙碳”目標必須破解的（de）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（tóng）耦合策略。電子科（kē）技大學夏川團隊率（lǜ）先攻克（kè）了海水碳捕（bǔ）集的技術瓶頸。他們自主設計的新型電解裝置，解決了電極鈍化（huà）與鹽類沉積等（děng）難題，能在天然海水中連續穩定運行超過500小時，二氧（yǎng）化碳捕集效（xiào）率高達70%，並可（kě）同步（bù）副產氫（qīng）氣。經測算，每捕集一噸二氧化碳的成本約為229.9美元，展現出良好的經濟（jì）可行性。同時，研究團隊還（hái）研（yán）製出了高活性、高甲酸（suān）選擇性的鉍基催（cuī）化劑（Bi-BEN），借助電催化將捕獲的二氧化碳高效轉化為甲酸，並經放大電解係統連續（xù）穩定運行20天，持續獲得高濃度純甲酸溶液（yè），為後（hòu）續（xù）生（shēng）物轉化提供穩定原料（liào）。
然而（ér），盡管有了這一關鍵中間產物，但甲酸（suān）生物毒性導致大多數（shù）微生物難以高效利用又是一大難題。為此，中國科學院深圳先進技術研究院高翔團隊構建（jiàn）了一種能夠高效利用甲酸、並將其轉化為塑料單體的“超級細（xì）胞”。研究團隊選擇將生長速率極（jí）快的海洋需鈉弧菌作為底（dǐ）盤細胞，成功改造出（chū）耐（nài）受高濃度甲酸、並能以其作為唯（wéi）一碳源進行高效生長代謝的“工程（chéng）菌”。該（gāi）工（gōng）程菌（jun1）能夠將甲酸精準地轉化為国产精品免费福利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及（jí）可降解（jiě）塑料（liào）聚乳酸（PLA）的單體乳酸。
為了驗證整個係統（tǒng）的碳流向和產業可行性，研究人（rén）員通過碳同（tóng）位素（13C）標記實驗，證實了最終生成的琥珀酸分子中碳原子來自於最初捕獲的二（èr）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室搖（yáo）瓶級到中試水（shuǐ）平的過渡。值得（dé）注意的是，實驗中產品乳酸的產（chǎn）生，也為拓展可降解塑（sù）料（liào）的多（duō）樣性提（tí）供了新的可能。
目前，研究團隊基於国产精品免费福利的生物（wù）塑料單體進一步国产精品免费福利了可完（wán）全生物降解的PBS及（jí）PLA，並製備（bèi）出示範吸管產品，展（zhǎn）示（shì）出了（le）將海水轉化為綠色材料的（de）產業化可能性。研究人員談（tán）到，PBS、PLA隻是這一生物製造平（píng）台（tái）的（de）示範案例，通過電催化與（yǔ）代（dài）謝（xiè）通路的模塊化（huà）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（huó）性劑、營養配料等多元產品（pǐn）譜係，服務於材料（liào）、化學、醫藥與食品等產業場（chǎng）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（huà）裝置持續從海水中捕獲二氧化碳並轉化為甲酸（suān），並通過（guò）發（fā）酵罐中的工程菌將甲酸高效轉化（huà）為綠色塑料原料。隨著技術不（bú）斷優化與大規模應用，該研究（jiū）將有效緩（huǎn）解海水酸化問題，構建“捕碳-產料（liào）-製（zhì）品”一體化綠色產業鏈，真正實現“邊捕碳、邊產料”的可持續（xù）生產（chǎn）模式。
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