文章核心观点 - 研究团队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” [2] - 该系统可捕集海水中的二氧化碳并转化为高价值化学品与材料 为绿色低碳新材料产业发展奠定关键技术基础 [2][4] - 该平台技术以可降解塑料单体为示范案例 未来有望扩展至燃料、医药与食品配料等更广谱产品 服务于材料、化学、医药与食品等产业场景 [2][11] 技术原理与系统构成 - 系统采用“电催化+合成生物学”协同方案 构建了从“海水吸碳”到“材料与分子产出”的完整链条 [5] - 首个关键环节是电催化海水碳捕集 团队设计的新型电解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 每吨二氧化碳捕集成本约为229.9美元 [8] - 第二个关键环节是生物催化转化 团队构建了能高效利用甲酸并将其转化为塑料单体的“超级细胞”工程菌 [9][10] 技术成果与性能指标 - 电催化环节通过两步法研制出高活性、高甲酸选择性的铋基催化剂 经放大电解系统可连续稳定运行20天 持续获得高浓度纯甲酸溶液 [8] - 生物催化环节的工程菌能够将甲酸精准转化为PBS核心单体琥珀酸和PLA单体乳酸 碳同位素标记实验证实最终产物碳原子来源于捕获的二氧化碳 [10] - 研究在1升和5升发酵罐中完成放大实验 成功实现从实验室摇瓶级到中试水平的过渡 [10] 产业化应用前景 - 研究团队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 [11] - 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 再通过发酵罐中的工程菌将甲酸转化为绿色塑料原料 [11] - 该技术平台具备模块化设计潜力 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 [11]

电催化 + 生物催化的集成系统。（科研团队供图） 高翔（右）与论文共同第一作者郭明明（左）交流实验结果。（科研团队供图） 海洋作为地球上最大的天然"碳库"，每年吸收逾四分之一的人为排放二氧化碳，有效减缓了全球气 候变暖。然而，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严重威胁。如何把这部 分已进入海洋的碳，转化为人类可利用的资源，减缓海水酸化，是实现"蓝色经济"与"双碳"目标所必须 面对的共同命题。 10月6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，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"，相关成果发表在国际学术期刊《自然·催化》。 该系统可捕集天然海水中的二氧化碳，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。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。 破解海水高效捕碳难题 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 ...