實現(xiàn)“海水變生物塑料”！我國科學家首創(chuàng)人工海洋碳循環(huán)系統(tǒng)

2025-10-11 12:05:13化工儀器網(wǎng)閱讀量：17898      我要評論

　　2025年10月6日，中國科學院深圳先進技術研究院定量合成生物學全國重點實驗室、合成生物學研究所高翔團隊聯(lián)合電子科技大學夏川團隊，在國際學術期刊《自然·催化》發(fā)表重要研究成果——首次提出并驗證了一種基于“電催化+生物催化”耦合策略的“人工海洋碳循環(huán)系統(tǒng)”。

　　海洋是地球上最大的活躍碳匯，每年吸收超過25%的人為排放二氧化碳，對緩解全球氣候變暖具有不可替代的作用。然而，隨著大氣中二氧化碳濃度持續(xù)上升，海水吸收過量二氧化碳導致pH值下降，引發(fā)海洋酸化，嚴重威脅珊瑚礁、貝類等鈣化生物的生存，對海洋生態(tài)平衡構成了嚴重威脅。如何在減緩碳排放的同時，實現(xiàn)已進入海洋的碳資源的高效捕集與高值化利用，成為當前環(huán)境科學與可持續(xù)發(fā)展領域的重要挑戰(zhàn)。

　　針對這一難題，研究團隊創(chuàng)新性地構建了“人工海洋碳循環(huán)系統(tǒng)”，打通了“海水吸碳—化學轉化—生物制造—材料產(chǎn)出”的完整技術鏈條。該系統(tǒng)采用“電催化+合成生物學”協(xié)同方案，分為兩大核心環(huán)節(jié)：一是通過電催化技術實現(xiàn)海水中二氧化碳的高效捕集與轉化；二是利用生物催化的方法，將中間產(chǎn)物定向合成為可降解塑料單體等高附加值產(chǎn)品。

　　在電催化環(huán)節(jié)，電子科技大學夏川團隊設計了一種新型電解裝置，有效克服了傳統(tǒng)方法中存在的電極鈍化與鹽類沉積等技術難題。實驗表明，該裝置可在天然海水中連續(xù)穩(wěn)定運行超過500小時，二氧化碳捕集效率達70%以上，并同步副產(chǎn)氫氣，具備良好的能源協(xié)同效益。研究團隊進一步開發(fā)出高活性、高甲酸選擇性的鉍基催化劑(Bi-BEN)，通過兩步法制備工藝，成功將捕獲的二氧化碳高效轉化為甲酸。放大后的電解系統(tǒng)連續(xù)運行20天，持續(xù)產(chǎn)出高濃度純甲酸溶液，每噸二氧化碳捕集成本約為229.9美元，展現(xiàn)出顯著的經(jīng)濟可行性。

　　在生物催化環(huán)節(jié)，中國科學院深圳先進技術研究院高翔團隊聚焦甲酸的生物利用難題。由于甲酸具有較強生物毒性，多數(shù)微生物難以以其為唯一碳源進行高效代謝。為此，研究團隊選用生長速率快、適應性強的海洋需納弧菌(Vibrio natriegens)作為底盤細胞，結合實驗室長期適應性進化與合成生物學基因線路重構技術，成功構建出耐受高濃度甲酸并能高效將其轉化為目標產(chǎn)物的“超級工程菌”。

　　該工程菌能夠將甲酸精準地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，以及可降解塑料聚乳酸(PLA)的單體——乳酸。通過碳同位素(¹³C)標記實驗，研究人員確證了最終產(chǎn)物中碳原子的來源為初始捕獲的二氧化碳，完整追蹤了碳流路徑，驗證了系統(tǒng)的閉環(huán)碳循環(huán)特性。在1升和5升發(fā)酵罐中開展的中試放大實驗表明，該系統(tǒng)具備從實驗室向產(chǎn)業(yè)化過渡的潛力。

　　基于所獲得的生物基單體，研究團隊已成功合成完全可生物降解的PBS和PLA材料，并制備出示范吸管產(chǎn)品，初步展示了技術的產(chǎn)業(yè)應用前景。研究人員指出，PBS和PLA僅為該平臺的示范性產(chǎn)品，未來通過電催化與代謝通路的模塊化設計與組合優(yōu)化，該系統(tǒng)可拓展至有機酸、表面活性劑、營養(yǎng)配料及醫(yī)藥中間體等多元產(chǎn)品體系，服務于材料、化工、食品與醫(yī)藥等多個產(chǎn)業(yè)領域。

　　目前，研究團隊正規(guī)劃在沿海地區(qū)建設集成化“綠色工廠”，集成電催化碳捕集與生物發(fā)酵轉化系統(tǒng)，構建“捕碳-產(chǎn)料-制品”一體化綠色產(chǎn)業(yè)鏈。該技術的大規(guī)模應用有望在實現(xiàn)碳資源高值化利用的同時，有效緩解海水酸化問題，推動“藍色經(jīng)濟”高質量發(fā)展，為全球氣候變化應對提供中國方案。

　　資料參考來源：科技日報

上一篇：西安交大材料創(chuàng)新設計中心（CAID）研發(fā)的“無漂移相變存儲材料”在《自然—材料》發(fā)表

下一篇：大連化物所提出氣體傳感材料內置電場調控策略實現(xiàn)室溫下超靈敏NO2檢測

版權與免責聲明：1.凡本網(wǎng)注明“來源：化工機械設備網(wǎng)”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡有限公司-興旺寶合法擁有版權或有權使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權不得轉載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權使用作品的，應在授權范圍內使用，并注明“來源：化工機械設備網(wǎng)”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關法律責任。 2.本網(wǎng)轉載并注明自其它來源（非化工機械設備網(wǎng)）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點或和對其真實性負責，不承擔此類作品侵權行為的直接責任及連帶責任。其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉載時，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源，并自負版權等法律責任。 3.如涉及作品內容、版權等問題，請在作品發(fā)表之日起一周內與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關權利。

全部評論

昵稱驗證碼匿名