技术突破与系统构建 - 首次提出并验证基于“电催化+生物催化”耦合策略的“人工海洋碳循环系统”，构建了从“海水吸碳”到“材料单体分子产出”的完整链条[1] - 设计新型电化学碳捕集装置，可在天然海水中连续稳定运行超过500小时，二氧化碳捕集效率达70%以上，并同步副产氢气[4] - 构建能够高效利用甲酸的“微生物细胞工厂”，成功将甲酸定向转化为生物可降解塑料PBS的核心单体琥珀酸及PLA单体乳酸[5] 经济性与成本优势 - 新型电化学装置每捕集一吨二氧化碳的成本约为229.9美元，显著低于当前行业水平的249至10000美元/吨[4] - 通过稳定碳同位素标记实验证实了从捕获的二氧化碳到琥珀酸分子的完整碳流向，验证了产业可行性[5] 产品应用与产业化前景 - 基于合成的生物塑料单体，已成功制备出可完全生物降解的PBS及PLA，并展示了示范吸管产品[6] - 未来产品谱系多元化，可扩展至可降解餐盒、快递包装、农业地膜、绿色表面活性剂以及高价值的营养强化剂或药物中间体[6] - 计划在沿海地区构建集成化“绿色工厂”，实现“捕碳—产料—制品”一体化绿色产业链，为蓝色经济高质量发展注入动能[6]

技术核心与原理 - 研究团队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” [2] - 该系统可捕集天然海水中的CO₂，并转化为可直接进入生物制造的中间体，再进一步升级为多类高价值化学品与材料 [2] - 电催化环节采用新型电解装置，能在天然海水里连续稳定运行超500小时，二氧化碳捕碳效率达70%以上，并可同步副产氢气 [3] - 电催化环节成功研制出高活性、高甲酸选择性的铋基催化剂，可将捕获的二氧化碳高效转化为甲酸 [3] - 生物催化环节利用实验室进化与合成生物学手段，对海洋需纳弧菌进行基因线路重构，改造出能耐受高浓度甲酸并以其为唯一碳源高效生长的“工程菌” [3] - 该工程菌能够将甲酸精准转化为可降解塑料PBS的核心单体琥珀酸，以及PLA的单体乳酸 [3] 实验验证与产业化进展 - 通过碳同位素标记实验，证实最终生成的琥珀酸分子中碳原子来自最初捕获的二氧化碳 [4] - 研究在1升和5升的发酵罐中完成了放大实验，成功实现了从实验室摇瓶级到中试水平的过渡 [4] - 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 [4] - 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 [4] - 未来计划在沿海地区构建集成化“绿色工厂”，依托电催化装置捕碳产甲酸，并通过发酵罐中的工程菌将甲酸转化为绿色塑料原料 [4] 战略意义与行业影响 - 该研究有望为燃料、医药与食品配料等更广谱产品提供生物制造平台 [2] - 该技术平台有望服务于材料、化学、医药与食品等产业场景 [4] - 该研究旨在实现碳减排、资源利用和产业升级的多重目标，为我国落实“双碳”战略、建设海洋强国提供重要科技支撑 [4] - 随着技术优化与大规模应用，将构建“捕碳-产料-制品”一体化绿色产业链，实现“边捕碳、边产料”的可持续生产模式 [4]

人工海洋碳循环系统技术核心 - 首次提出并验证基于“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二氧化碳并转化为生物制造中间体[3] - 电催化环节采用新型电解装置和铋基催化剂（Bi-BEN），在天然海水中连续稳定运行超过500小时，二氧化碳捕集效率高达70%以上，并可同步副产氢气[6] - 生物催化环节构建了能高效利用甲酸的“超级细胞”工程菌，可将甲酸精准转化为可降解塑料PBS的单体琥珀酸和PLA的单体乳酸[7][8] 技术验证与产业化进展 - 通过碳同位素（13C）标记实验证实最终产物琥珀酸的碳原子来源于最初捕获的二氧化碳，验证了系统碳流向[8] - 在1升和5升发酵罐中成功完成放大实验，实现了从实验室摇瓶级到中试水平的过渡[8] - 已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[9] 经济性与平台扩展潜力 - 电催化环节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[6] - 该平台以可降解塑料单体为示范案例，但有望通过模块化设计与组合优化扩展至有机酸、单体、表面活性剂、营养配料等多元产品谱系[9] - 未来计划在沿海地区构建集成化“绿色工厂”，实现“捕碳-产料-制品”一体化绿色产业链，服务于材料、化学、医药与食品等产业[9]