Nature Catalysis：CO2 合成葡萄糖迎重大突破！

可再生电力驱动的海洋溶解无机碳（DIC）的捕获和转化为增值化学品，为实现负碳排放和循环碳经济提供了一条可持续的途径。基于此，电子科技大学夏川教授和中科院深圳先进技术研究院高翔副研究员（共同通讯作者）等人报道了一种可持续的策略，从海洋碳汇中生产可直接替代的生物化学物质（与石油衍生的同类物质化学性质相同），并提出了一条净负排放路径，将从海洋中捕获的二氧化碳（CO2）转化为可生物降解的塑料。该人工海洋碳回收系统将溶解有机碳（eDOC）和CO2转化过程与海洋细菌促进的生物催化方法相结合，通过解耦的电-生物催化混合过程捕获海洋碳源并将其转化为生物化学物质。

对于eDOC过程，作者开发了一种基于固态电解质的电解反应器，用于从天然海水中捕获CO2，在非常稀但现实的溶解无机碳（DIC）条件下（2.16 mM），捕获效率和能量输入分别超过70%和约3  kWh kgCO2-1。原型设备表现出卓越的耐久性，连续运行536 h，期间从约177 L天然海水中回收约6.54 L（在环境条件下）纯CO2气体。技术经济分析显示，捕获每吨CO2为229.9美元，具有成本优势。同时，作者利用一种高效且稳定的铋（Bi）催化剂，将捕获的CO2电催化转化为纯甲酸，随后通过基因工程改造的需纳弧菌（Vibrio natriegens）将其转化为琥珀酸，其中琥珀酸是生产聚丁二酸丁二醇酯（PBS）生物塑料的重要成分。此外，作者实现了微生物在甲酸基质上的高效生长，并使用C1原料以高达1.37 g/L的高产率生产琥珀酸。通过利用从海水中捕获的CO2作为替代原料，该电生物合成系统为将基础化学品生产与石化生产脱钩提供了一条可行途径，其由可再生能源电力驱动。

作者研究了使用天然海水作为原料时传统BPMED电池连续提取CO2的稳定性。通常，BPMED电池很快就会失效。在运行过程中，海水中的Ca2+和Mg2+离子优先与OH−反应，形成白色二价氢氧化物或碳酸盐沉淀。同时，海水中存在的Ca2+和Mg2+离子会导致双极膜膨胀并随后破裂，从而导致BPMED电池失效。

图1.提出的人工海洋碳捕获和升级循环系统

Efficient and scalable upcycling of oceanic carbon sources into bioplastic monomers. Nature Catalysis ,2025, https://doi.org/10.1038/s41929-025-01416-4.

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