科技日报记者 罗云鹏 通信员 赵梓衫
海洋作为地球上最年夜的自然“碳库”，每一年接收逾四分之一的报酬排放二氧化碳，有用缓解了全世界天气变暖。然而，海水连续接收二氧化碳激发的海洋酸化，对于海洋生态均衡组成了严峻威逼。怎样把这部门已经进入海洋的碳，转化为人类可使用的资源，缓解海水酸化，是实现“蓝色经济”与“双碳”方针所必需面临的配合命题。
10月6日，中国科学院深圳进步前辈技能研究院定量合成生物学天下重点试验室、合成生物学研究所高翔团队结合电子科技年夜学夏川团队，初次提出并验证了一种基在“电催化+生物催化”耦合计谋的“人工海洋碳轮回体系”，相干结果发表于国际学术期刊《天然·催化》。
该体系可捕集自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，再进一步进级为多类高价值化学品与质料。该研究以可降解塑料单体为树模案例，有望为燃料、医药与食物配料等更广谱产物提供生物制造平台。
破解海水高效捕碳难题
该项研究提出的“人工海洋碳轮回体系”，构建了一个从“海水吸碳”到“质料与份子产出”的完备链条，采用“电催化+合成生物学”协同方案，初次买通了海水碳捕集与下流生物转化的要害环节，以可降解塑料单体为树模，形成可扩大的平台路径，为跨学科交融提供了新典范。
研究的首个要害环节由电子科技年夜学夏川团队卖力，他们使用电催化技能实现了从海水中举行高效的碳捕集。面临电极钝化及盐类沉积等难题，研究团队设计了一种新型电解装配。
试验成果显示，该装配能于自然海水里持续不变运行跨越500小时，二氧化碳捕碳效率高达70%以上，还有可同步副产氢气。于经济性方面，每一捕集一吨二氧化碳的成本约为229.9美元，揭示出优良的现实运用远景。
研究团队经由过程两步法乐成研制出了高活性、高甲酸选择性的铋基催化剂（Bi-BEN），借助电催化将捕捉的二氧化碳高效转化为甲酸，并经放年夜电解体系持续不变运行20天，连续得到高浓度纯甲酸溶液。
夏川暗示，该结果慎密缭绕国度“双碳”方针及蓝色经济成长需求，开拓了海洋碳汇资源化使用的新路径。不仅为应答天气变化提供了新方案，也为绿色低碳新质料财产成长奠基了要害技能基础，鞭策了海洋碳资源的高值化使用。
构建“吃”甲酸“吐”塑料的超等细胞
研究的第二个要害环节，由高翔团队主导，他们使用生物催化的要领，将甲酸溶液转化为可替换化石匠业来历的生物化学品。只管甲酸来历广泛，但其生物毒性致使年夜大都微生物难以高效使用。
针对于这一难题，高翔团队构建了一种可以或许高效使用甲酸、并将其转化为塑料单体的“超等细胞”。
研究团队选择了生长速度极快的海洋需纳弧菌（Vibrio natriegens）作为底盘细胞，经由过程试验室的持久进化及合成生物学手腕，对于细菌的基因路线举行体系重构，乐成革新出耐受高浓度甲酸、并能以其作为独一碳源举行高效生长代谢的“工程菌”。
该工程菌可以或许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）的焦点单体——虎魄酸，以和可降解塑料聚乳酸（PLA）的单体——乳酸。
为了验证整个体系的碳流向及财产可行性，研究职员起首经由过程碳同位素（13C）标志试验，证明了终极天生的虎魄酸份子中碳原子来自最初捕捉的二氧化碳。
于此基础上，他们于1升及5升的发酵罐中完成为了放年夜试验，乐成实现了该研究从试验室摇瓶级到中试程度的过渡。值患上留意的是，试验中产物乳酸的孕育发生，也为拓展可降解塑料的多样性提供了新的可能。
“绿色工场”蓝图浮现
今朝，研究团队基在合成的生物塑料单体进一步合成为了可彻底生物降解的PBS和PLA，并制备出树模吸管产物，展示出了将海水转化为绿色质料的财产化可能性。
研究职员指出，PBS、PLA只是这平生物制造平台的树模案例，经由过程电催化与代谢通路的模块化设计与组合优化，该平台有望扩大至有机酸、单体、外貌活性剂、养分配料等多元产物谱系，办事在质料、化学、医药与食物等财产场景。
项目配合卖力人高翔副研究员暗示：“咱们但愿把海洋富厚的碳资源转化为绿色高价值产物，以期实现碳减排、资源使用及财产进级的多重方针。这项研究也为我国落实‘双碳’战略、设置装备摆设海洋强国提供主要科技支撑。”
将来，研究团队规划于沿海地域构建集成化的“绿色工场”。一方面，依托电催扮装置连续从海水中捕捉二氧化碳并转化为甲酸。另外一方面，经由过程发酵罐中的工程菌将甲酸高效转化为绿色塑料原料。跟着技能不停优化与年夜范围运用，该研究将有用减缓海水酸化问题，构建“捕碳-产料-成品”一体化绿色财产链，真正实现“边捕碳、边产料”的可连续出产模式，为我国“蓝色经济”高质量成长注入强劲绿色动能。
（科研团队供图）
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