論文共同通訊作者高翔（右）與論文共同第一作者郭明明（左）交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 受訪單位供圖

深圳新聞網(wǎng)2025年10月9日訊（深圳特區(qū)報(bào)記者 聞坤）日前，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院定量合成生物學(xué)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、合成生物學(xué)研究所高翔團(tuán)隊(duì)聯(lián)合電子科技大學(xué)夏川團(tuán)隊(duì)，首次提出并驗(yàn)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)”，相關(guān)成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·催化》。

該系統(tǒng)可捕集天然海水中的二氧化碳，并轉(zhuǎn)化為可直接進(jìn)入生物制造的中間體，再進(jìn)一步升級為多類高價(jià)值化學(xué)品與材料。該研究以可降解塑料單體為示范案例，有望為燃料、醫(yī)藥與食品配料等更廣譜產(chǎn)品提供生物制造平臺。

海洋作為地球上最大的天然“碳庫”，每年吸收逾四分之一人為排放的二氧化碳，如何把這部分已進(jìn)入海洋的碳，轉(zhuǎn)化為人類可利用的資源，減緩海水酸化，是實(shí)現(xiàn)“藍(lán)色經(jīng)濟(jì)”與“雙碳”目標(biāo)所必須面對的共同命題。

該項(xiàng)研究提出的“人工海洋碳循環(huán)系統(tǒng)”，構(gòu)建了一個(gè)從“海水吸碳”到“材料與分子產(chǎn)出”的完整鏈條，采用“電催化+合成生物學(xué)”協(xié)同方案，首次打通了海水碳捕集與下游生物轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以可降解塑料單體為示范,形成可擴(kuò)展的平臺路徑，為跨學(xué)科融合提供了新范例。

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型電解裝置，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該裝置能在天然海水里連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行超過500小時(shí)，二氧化碳捕碳效率高達(dá)70%以上，還可同步副產(chǎn)氫氣。研究團(tuán)隊(duì)通過鉍基催化劑（Bi-BEN），借助電催化將捕獲的二氧化碳高效轉(zhuǎn)化為甲酸，并經(jīng)放大電解系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行20天，持續(xù)獲得高濃度純甲酸溶液。

接下來，如何將甲酸溶液轉(zhuǎn)化為可替代化石工業(yè)來源的生物化學(xué)品？研究團(tuán)隊(duì)選擇了生長速率極快的海洋需納弧菌（Vibrio natriegens）作為底盤細(xì)胞，通過實(shí)驗(yàn)室的長期進(jìn)化和合成生物學(xué)手段，成功改造出耐受高濃度甲酸、并能以其作為唯一碳源進(jìn)行高效生長代謝的工程菌。該工程菌能夠?qū)⒓姿峋珳?zhǔn)地轉(zhuǎn)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。

目前，研究團(tuán)隊(duì)基于合成的生物塑料單體進(jìn)一步合成了可完全生物降解的PBS及PLA，并制備出示范吸管產(chǎn)品，展示出了將海水轉(zhuǎn)化為綠色材料的產(chǎn)業(yè)化可能性。

未來，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在沿海地區(qū)構(gòu)建集成化的“綠色工廠”。一方面，依托電催化裝置持續(xù)從海水中捕獲二氧化碳并轉(zhuǎn)化為甲酸。另一方面，通過發(fā)酵罐中的工程菌將甲酸高效轉(zhuǎn)化為綠色塑料原料。隨著技術(shù)不斷優(yōu)化與大規(guī)模應(yīng)用，該研究將有效緩解海水酸化問題，構(gòu)建“捕碳-產(chǎn)料-制品”一體化綠色產(chǎn)業(yè)鏈，真正實(shí)現(xiàn)“邊捕碳、邊產(chǎn)料”的可持續(xù)生產(chǎn)模式，為我國“藍(lán)色經(jīng)濟(jì)”高質(zhì)量發(fā)展注入強(qiáng)勁綠色動(dòng)能。