海洋每年吸收逾四分之一人为排放的二氧化碳，虽减缓了气候变暖，但海水持续吸收二氧化碳引发的海洋酸化，对海洋生态平衡构成了威胁。如何将海水中的碳转化为有用资源，已成为实现“蓝色经济”和“双碳”目标的重要课题。
近日，中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室、合成生物学研究所高翔团队联合电子科技大学夏川团队在国际期刊《自然·催化》上发表了一项突破性研究：首次提出并验证了一种基于“电催化+生物催化”耦合策略的“人工海洋碳循环系统”，可捕集天然海水中的CO₂，再进一步升级为多类高价值化学品与材料。
▲团队研究成果发表在《自然·催化》(nature catalysis)
该研究以可降解塑料单体为示范案例，有望为燃料、医药与食品配料等更广谱产品提供生物制造平台。
研究的首个关键环节由电子科技大学夏川团队负责，他们利用电催化技术实现了从海水中进行高效的碳捕集。
▲电催化+生物催化的集成系统
研究团队设计了一种新型电解装置，实验结果显示，该装置能在天然海水里连续稳定运行超过500小时，二氧化碳捕碳效率高达70%以上，还可同步副产氢气。在经济性方面，每捕集一吨二氧化碳的成本约为229.9美元，展现出良好的实际应用前景。
▲夏川（右）与科研团队成员探讨实验细节
项目负责人夏川教授表示，该成果紧密围绕国家“双碳”目标和蓝色经济发展需求，开拓了海洋碳汇资源化利用的新路径。不仅为应对气候变化提供了新方案，也为绿色低碳新材料产业发展奠定了关键技术基础，推动了海洋碳资源的高值化利用。
研究的第二个关键环节，由深圳先进院高翔团队主导，他们利用生物催化的方法，将甲酸溶液转化为可替代化石工业来源的生物化学品。研究团队成功改造出耐受高浓度甲酸、并能以其作为唯一碳源进行高效生长代谢的“工程菌”，能够将甲酸精准地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，以及可降解塑料聚乳酸（PLA）的单体——乳酸。
▲论文共同通讯作者高翔(右)与论文共同第一作者郭明明（左）交流实验结果
值得注意的是，实验中产品乳酸的产生，也为拓展可降解塑料的多样性提供了新的可能。
目前，研究团队基于合成的生物塑料单体进一步合成了可完全生物降解的PBS及PLA，并制备出示范吸管产品，展示出了将海水转化为绿色材料的产业化可能性。
研究人员指出，PBS、PLA只是这一生物制造平台的示范案例，通过电催化与代谢通路的模块化设计与组合优化，该平台有望扩展至有机酸、单体、表面活性剂、营养配料等多元产品谱系，服务于材料、化学、医药与食品等产业场景。
项目共同负责人高翔副研究员表示：“我们希望把海洋丰富的碳资源转化为绿色高价值产品，以期实现碳减排、资源利用和产业升级的多重目标。这项研究也为我国落实‘双碳’战略、建设海洋强国提供重要科技支撑。”
未来，研究团队计划在沿海地区构建集成化的“绿色工厂”。一方面，依托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塑料原料。随着技术不断优化与大规模应用，该研究将有效缓解海水酸化问题，构建“捕碳-产料-制品”一体化绿色产业链，真正实现“边捕碳、边产料”的可持续生产模式。
综合：成都日报锦观、电子科技大学（ID：UESTC_xwzx）
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