海水CO2“变”生物塑料！中国科学家破解海水捕碳难题

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【海水CO2“变”生物塑料！中国科学家破解海水捕碳难题】

零碳情报

海洋作为地球上最大的天然“碳库”，每年吸收超过四分之一人为排放的二氧化碳，虽在一定程度上缓解了气候变暖，却也引发了海水酸化，严重威胁海洋生态平衡。

如何将海洋中已吸收的碳转化为可利用资源，成为实现“蓝色经济”与“双碳”目标的关键课题。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院与电子科技大学的科研团队联合攻关，成功构建了一套“人工海洋碳循环系统”，首次实现了从海水中高效捕集二氧化碳并直接转化为生物可降解塑料单体的全链条技术路径。

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

相关成果于2025年10月发表于国际权威期刊《自然—催化》，标志着我国在海洋碳资源化利用领域取得重大突破。

该系统的核心创新在于将“电催化”与“生物催化”两大技术模块有机耦合，形成从“海水捕碳”到“材料制造”的完整闭环。

研究的第一阶段由电子科技大学夏川团队主导，他们设计并开发了一种新型电解装置，能够在天然海水环境中连续稳定运行超过500小时，成功解决了电极钝化与盐类沉积等长期困扰海水碳捕集的技术难题。

实验数据显示，该装置对海水中二氧化碳的捕集效率高达70%以上，每吨碳捕集成本约为229.9美元，展现出良好的经济性与工程可行性。

同时，系统在运行过程中还可副产氢气，进一步提升了资源综合利用效率。

更为重要的是，团队研发了一种高活性、高选择性的铋基催化剂，能够将捕获的二氧化碳高效转化为甲酸，并通过放大电解系统连续运行20天，持续获得高纯度甲酸溶液，为下游生物制造提供了稳定且高效的碳源供给。

图说：论文通讯作者夏川（右）与团队探讨实验细节

来源：中国科学报

研究的第二阶段由深圳先进院高翔团队负责，聚焦于如何将甲酸这一具有生物毒性的小分子化合物，转化为具有工业价值的生物基化学品。

团队选用了生长速率极快的海洋管纳型菌作为底盘细胞，通过合成生物学手段对其基因链路进行系统重构与长期定向进化，成功培育出能够耐受高浓度甲酸、并以其为唯一碳源进行高效生长代谢的“超级工程菌”。

该菌株能够精准地将甲酸转化为合成生物可降解塑料聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的核心单体——琥珀酸，以及聚乳酸（PLA）的单体——乳酸。

为了验证整个系统的碳流向与产业化潜力，研究人员采用了碳同位素标记技术，确证了最终产物琥珀酸中的碳原子确实源自最初海水中的二氧化碳。

随后，团队在1升和5升发酵罐中成功完成了放大实验，实现了从实验室摇瓶到中试水平的跨越，证明了该技术路径具备规模化应用的坚实基础。

目前，研究团队已利用该系统合成的琥珀酸与乳酸，进一步制备出完全生物降解的PBS与PLA塑料，并成功试制出示范性吸管产品，直观展示了将海水二氧化碳“变”为绿色材料的产业化前景。

研究人员强调，可降解塑料单体仅是这一平台技术的示范应用之一。

通过电催化模块与微生物代谢通路的模块化设计与组合优化，该平台具备极强的扩展性，未来有望用于生产有机酸、表面活性剂、营养配料、医药中间体等更多元的高附加值产品，服务于材料、化工、食品及医药等多个产业领域，真正实现海洋碳资源的高值化利用。

展望未来，研究团队计划在沿海地区推动建设集成化的“绿色工厂”，一方面利用电催化装置持续从海水中捕获二氧化碳并转化为甲酸，另一方面通过发酵罐中的工程菌将甲酸高效转化为绿色化学品原料。

（来源：光明日报、中国科学报、中国科学院深圳先进技术研究院；整理：Bell）

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