全球首套反應裝置實現海水中二氧化碳到可降解塑料原料的全程轉化

日前，中國科研團隊成功構建出一套海洋碳回收系統，能夠直接從海水中捕獲二氧化碳并將其轉化為可降解塑料的原料。

海洋是地球上巨大的碳儲存庫，如今科學家找到了將其轉化為有用資源的新途徑。這項突破性研究由中國科學院深圳先進技術研究所的饒翔與電子科技大學的夏川共同主導。團隊開發的人工海洋碳循環系統，可直接從海水中捕獲二氧化碳，并將其轉化為制造可降解塑料的關鍵材料 —— 丁二酸。這是全球首次實現從海洋二氧化碳捕獲到化學原料合成的全流程驗證。

碳轉化技術核心在于電化學與微生物發酵的巧妙結合。海水流經特制的五艙室電化學反應器，在電場作用下發生水分解反應。產生的質子使其中一個艙室酸化，將溶解的碳酸鹽轉化為氣態二氧化碳。隨后二氧化碳通過中空纖維膜分離，被輸送至第二反應器。在這里，定制設計的鉍基催化劑將二氧化碳還原為甲酸。整個過程尚未結束——經過工程化改造的海洋細菌Vibrio natriegens菌株將甲酸發酵合成了具有高附加值的丁二酸，該物質是生產聚丁二酸丁二醇酯（PBS）等可降解塑料的重要前體。

該系統使用從中國深圳灣采集的自然海水進行持續實驗，在530多小時的連續運行中實現了70%的碳捕獲效率。更引人注目的是，處理每公噸二氧化碳的成本約為230美元（約合人民幣1670元），可與當前主流碳捕獲技術一較高下。

未參與該研究的加州理工學院材料科學家相承洋評價道：“這是首次實現從海洋二氧化碳到生物塑料原料的全程制備突破。真正的核心在于將二氧化碳轉化為兼具穩定性與經濟性的生物塑料單體。”該系統的模塊化設計意味著能靈活調整以生產乳酸、丙氨酸和1,4-丁二醇等多種工業化學品，這種適應性使其有望成為將海洋碳資源轉化為市場所需材料的可擴展方案。

這項技術的意義遠不止于塑料生產。通過利用海洋巨大的碳儲存庫，該方法既可對現有碳捕獲策略形成補充，又能緩解陸地碳捕集壓力。這標志著碳處理思路從單純封存向升級再造的轉變，通過將二氧化碳轉化為高價值產品推動循環低碳經濟發展。

研究人員認為，未來將該系統與海上風電、潮汐能等可再生能源結合，可進一步提升過程可持續性。鑒于海洋已吸收全球近三分之一的二氧化碳排放，此項創新有望使海洋從被動碳匯轉變為氣候治理的積極參與者，為應對碳污染開辟新航道。

該研究成果已發表于《自然·催化》期刊。

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