來源：生物塑料研究院 2025-10-14 14:45:23
麵對全球氣候變暖與（yǔ）海洋（yáng）生態失衡的雙（shuāng）重挑戰，將海洋中巨量的二氧化碳“變廢為寶”已成為（wéi）科技界迫切的課題。10月（yuè）6日，一項發表於國際知名學術期刊《自然·催化》的研究成果，為這一願（yuàn）景（jǐng）帶來了突（tū）破（pò）性進展。這項成果由中國（guó）科學院深圳先（xiān）進技術研（yán）究（jiū）院定量国产精品免费福利生物學全國重點實驗室、国产精品免费福利生物學研（yán）究（jiū）所高翔團隊聯合電子科技（jì）大（dà）學夏川團隊提出並驗證，是一（yī）種基於“電催化+生物催化”耦合策略（luè）的“人工海洋碳循環（huán）係統”。該係統（tǒng）可捕集天然（rán）海水中的二氧化碳，並轉化為可直接進入生（shēng）物製造的中間體，再進一步（bù）升級為多（duō）類高價值化學品與材料。
海洋作為（wéi）地球最大的天（tiān）然（rán）“碳庫”，每年（nián）吸收（shōu）著超四（sì）分（fèn）之一的人為排放二氧化碳，在減緩全球變暖（nuǎn）的同時，也引發了（le）嚴重的海洋酸（suān）化問題。如何將已（yǐ）溶入海水的碳轉化為可利用資源，是實現“藍色經濟”與國家“雙碳”目標必須破解的共同命題。
該項（xiàng）研究（jiū）的關鍵創新（xīn）在於采用“電催化+生物催（cuī）化”的協同耦合策略。電子科（kē）技大學夏（xià）川團隊率（lǜ）先攻克了（le）海水碳捕集的技術瓶頸。他（tā）們自主設計（jì）的新（xīn）型電解裝置，解決了電極鈍化與鹽類沉積等難題，能在天然海水中連續穩定運行超過（guò）500小時，二氧化碳捕集效率（lǜ）高達70%，並可同步副產氫氣。經測算，每捕集一噸二氧化碳（tàn）的成本約為229.9美元，展現出良好的經濟可行性。同（tóng）時，研究團隊還研製出（chū）了高活（huó）性、高甲酸選擇性的鉍基催化（huà）劑（Bi-BEN），借（jiè）助電催化（huà）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穩定運行20天，持續獲得高（gāo）濃度純甲（jiǎ）酸溶液，為後續生物轉化提供穩定原料（liào）。
然而，盡管（guǎn）有了這一關鍵中間產物，但甲酸生物毒性導致大多數微（wēi）生（shēng）物難以高效利用（yòng）又是（shì）一大難（nán）題。為此，中國科學院深圳先進（jìn）技術研究院高翔團隊（duì）構建了一種能夠高效利用甲酸、並將其轉化為塑（sù）料單（dān）體的“超級細胞”。研究團隊選擇將生長速率極快的（de）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（bìng）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（suān）精準地轉化為国产精品免费福利生物可降解塑（sù）料聚丁二（èr）酸丁二醇酯（zhǐ）（PBS）的核心單體琥珀酸以及可降解塑料聚乳（rǔ）酸（PLA）的單體乳酸。
為了驗證整（zhěng）個係統的碳流向和產業可行性，研究人員通過碳同位素（13C）標記（jì）實（shí）驗，證實了最終生成的琥珀酸分子（zǐ）中碳原子來（lái）自於最初捕獲的二氧（yǎng）化碳。在此基（jī）礎上，他們還在（zài）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（zhōng）試水（shuǐ）平的過渡。值得（dé）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了新的可能。
目前，研究團隊基於合（hé）成的生物塑料單體進（jìn）一步国产精品免费福利了可完全生物降（jiàng）解的PBS及PLA，並製備出示範吸管產品，展示出了將海水轉化為（wéi）綠色材料的產業（yè）化可能性。研究人（rén）員談到，PBS、PLA隻是這一生物製造平台的示範案例，通過電催化與代謝通路的模塊化設計與（yǔ）組（zǔ）合優化，該平（píng）台（tái）有望擴展至有機酸（suān）、單體、表麵活性劑、營養配料等多（duō）元產品譜係，服務（wù）於材料、化學、醫藥與食品（pǐn）等產業場景。
展望未來，研（yán）究團隊計劃在沿海（hǎi）地區構建（jiàn）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）氧化碳並轉化為甲酸，並通過發酵（jiào）罐中的工程菌將甲酸高（gāo）效轉化為綠色塑料原（yuán）料。隨著技術不斷優化與大規模應用，該研究將有效緩解海水酸（suān）化問題，構（gòu）建“捕碳-產（chǎn）料-製品”一體化綠色（sè）產業鏈，真正實現“邊捕碳、邊產（chǎn）料”的可持續生（shēng）產模式。
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