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海洋作为地球上最大的天然“碳库”，每年吸收人类排放的二氧化碳四分之一以上，有效减缓全球气候变暖。然而，海水持续吸收二氧化碳造成的海洋酸化对海洋生态平衡构成严重威胁。如何将这部分进入海洋的碳转化为人类可用资源和海洋缓慢酸化，是推动“蓝色经济”发展、实现“双碳”目标面临的共同挑战。中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学国家重点实验室、合成生物学研究所高翔团队与电子工程大学夏川团队中国罗尼克科技首次提出并验证了基于“电催化剂+生物催化剂”耦合策略的“人工海洋碳循环系统”。该系统可以捕获天然海水中的二氧化碳并将其转化为中间产品，这些中间产品可以直接用于生物制造并转化为各种高价值化学品和材料。这项研究以可降解塑料单体作为示范案例，有望为燃料、药品和食品配料等更广泛的产品提供生物制造平台。相关成果近日发表在国际期刊《Nature Cataracy》上。该研究的第一个重要环节是由电子科技大学夏川团队领导的。他们利用电催化技术有效地从海水中捕获碳。面临电极钝化、预处理等问题为了消除盐的沉淀，研究小组设计了一种新型电解槽。实验表明，该装置可在天然海水中稳定连续工作500小时以上，二氧化碳回收效率达70%以上，同时还可以产生副产品氢气。同时，研究团队成功开发出一种对甲酸具有高活性和选择性的铋基催化剂，能够通过电催化高效地将捕获的二氧化碳转化为甲酸，并持续获得高浓度的甲酸溶液。他的研究的第二个重要环节是由中国科学院深圳先进技术研究院高翔团队领导的。他们利用生物催化将甲酸溶液转化为可以替代化石工业资源的生化物质。研究小组选择了生长速度极快的海洋厌氧细菌弧菌。通过他们通过在实验室和合成生物学技术中的长期进化，系统地重组了细菌遗传回路，并成功改造了能够耐受高浓度甲酸的“设计细菌”，并将其作为高效生长和代谢的唯一碳源。转基因细菌可以精确地将甲酸转化为琥珀酸（可生物降解合成塑料聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的中心单体）和乳酸（聚乳酸（PLA）可降解塑料的单体）。为了验证整个系统的碳通量和工业可行性，研究人员使用碳同位素标记实验来确认最终琥珀酸分子中的碳原子来自最初捕获的二氧化碳。在此基础上，他们在1升和5升发酵罐中完成了规模实验，并成功地将这项研究从实验室摇瓶水平转移到中试规模水平。它需要指出的是，本次实验中乳酸的生产也为扩大可降解塑料的多样性提供了新的可能性。能。目前，研究团队正在基于合成生物塑料单体合成完全可生物降解的PBS和PLA，并制备示范吸管产品，以展示将海水转化为绿色材料的工业潜力。研究人员指出，通过模块化设计以及电催化和代谢途径的组合优化，他们希望该平台能够扩展到有机酸、单体、表面活性剂和营养品等多样化的产品线。 成分，并解决材料、化学品、药品和食品等工业场景。该项目联席主任高翔表示：“我们希望将海洋丰富的碳资源转化为环保、高价值的产品，实现碳减排、资源利用和工业现代化的多重目标。化。这项研究也将为我国实施‘双碳’战略、建设海洋强国提供重要科技支撑。”（周洪双、李晓东）
（编辑：魔术师丹）