海水CO2“變”生物塑料！中國科學家破解海水捕碳難題

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【海水CO2“變”生物塑料！中國科學家破解海水捕碳難題】

零碳情報

海洋作為地球上最大的天然“碳庫”，每年吸收超過四分之一人為排放的二氧化碳，雖在一定程度上緩解了氣候變暖，卻也引發了海水酸化，嚴重威脅海洋生態平衡。

如何將海洋中已吸收的碳轉化為可利用資源，成為實現“藍色經濟”與“雙碳”目標的關鍵課題。

近日，中國科學院深圳先進技術研究院與電子科技大學的科研團隊聯合攻關，成功構建了一套“人工海洋碳循環系統”，首次實現了從海水中高效捕集二氧化碳并直接轉化為生物可降解塑料單體的全鏈條技術路徑。

來源：https://www.nature.com/articles/s41929-025-01416-4

相關成果于2025年10月發表于國際權威期刊《自然—催化》，標志著我國在海洋碳資源化利用領域取得重大突破。

該系統的核心創新在于將“電催化”與“生物催化”兩大技術模塊有機耦合，形成從“海水捕碳”到“材料制造”的完整閉環。

研究的第一階段由電子科技大學夏川團隊主導，他們設計并開發了一種新型電解裝置，能夠在天然海水環境中連續穩定運行超過500小時，成功解決了電極鈍化與鹽類沉積等長期困擾海水碳捕集的技術難題。

實驗數據顯示，該裝置對海水中二氧化碳的捕集效率高達70%以上，每噸碳捕集成本約為229.9美元，展現出良好的經濟性與工程可行性。

同時，系統在運行過程中還可副產氫氣，進一步提升了資源綜合利用效率。

更為重要的是，團隊研發了一種高活性、高選擇性的鉍基催化劑，能夠將捕獲的二氧化碳高效轉化為甲酸，并通過放大電解系統連續運行20天，持續獲得高純度甲酸溶液，為下游生物制造提供了穩定且高效的碳源供給。

圖說：論文通訊作者夏川（右）與團隊探討實驗細節

來源：中國科學報

研究的第二階段由深圳先進院高翔團隊負責，聚焦于如何將甲酸這一具有生物毒性的小分子化合物，轉化為具有工業價值的生物基化學品。

團隊選用了生長速率極快的海洋管納型菌作為底盤細胞，通過合成生物學手段對其基因鏈路進行系統重構與長期定向進化，成功培育出能夠耐受高濃度甲酸、并以其為唯一碳源進行高效生長代謝的“超級工程菌”。

該菌株能夠精準地將甲酸轉化為合成生物可降解塑料聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的核心單體——琥珀酸，以及聚乳酸（PLA）的單體——乳酸。

為了驗證整個系統的碳流向與產業化潛力，研究人員采用了碳同位素標記技術，確證了最終產物琥珀酸中的碳原子確實源自最初海水中的二氧化碳。

隨后，團隊在1升和5升發酵罐中成功完成了放大實驗，實現了從實驗室搖瓶到中試水平的跨越，證明了該技術路徑具備規模化應用的堅實基礎。

目前，研究團隊已利用該系統合成的琥珀酸與乳酸，進一步制備出完全生物降解的PBS與PLA塑料，并成功試制出示范性吸管產品，直觀展示了將海水二氧化碳“變”為綠色材料的產業化前景。

研究人員強調，可降解塑料單體僅是這一平臺技術的示范應用之一。

通過電催化模塊與微生物代謝通路的模塊化設計與組合優化，該平臺具備極強的擴展性，未來有望用于生產有機酸、表面活性劑、營養配料、醫藥中間體等更多元的高附加值產品，服務于材料、化工、食品及醫藥等多個產業領域，真正實現海洋碳資源的高值化利用。

展望未來，研究團隊計劃在沿海地區推動建設集成化的“綠色工廠”，一方面利用電催化裝置持續從海水中捕獲二氧化碳并轉化為甲酸，另一方面通過發酵罐中的工程菌將甲酸高效轉化為綠色化學品原料。

（來源：光明日報、中國科學報、中國科學院深圳先進技術研究院；整理：Bell）

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