深圳特区报讯（记者 闻坤）日前，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》。
论文共同通讯作者高翔（右）与论文共同第一作者郭明明（左）交流实验结果。 受访单位供图
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。
海洋作为地球上最大的天然“碳库”，每年吸收逾四分之一人为排放的二氧化碳，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。
该项研究提出的“人工海洋碳循环系统”，构建了一个从“海水吸碳”到“材料与分子产出”的完整链条，采用“电催化+合成生物学”协同方案，首次打通了海水碳捕集与下游生物转化的关键环节，以可降解塑料单体为示范,形成可扩展的平台路径，为跨学科融合提供了新范例。
研究团队设计了一种新型电解装置，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。研究团队通过铋基催化剂（Bi-BEN），借助电催化将捕获的二氧化碳高效转化为甲酸，并经放大电解系统连续稳定运行20天，持续获得高浓度纯甲酸溶液。
接下来，如何将甲酸溶液转化为可替代化石工业来源的生物化学品？研究团队选择了生长速率极快的海洋需纳弧菌（Vibrionatriegens）作为底盘细胞，通过实验室的长期进化和合成生物学手段，成功改造出耐受高浓度甲酸、并能以其作为唯一碳源进行高效生长代谢的工程菌。该工程菌能够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）的核心单体——琥珀酸，以及可降解塑料聚乳酸（PLA）的单体——乳酸。
目前，研究团队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，展示出了将海水转化为绿色材料的产业化可能性。
未来，研究团队计划在沿海地区构建集成化的“绿色工厂”。一方面，依托电催化装置持续从海水中捕获二氧化碳并转化为甲酸。另一方面，通过发酵罐中的工程菌将甲酸高效转化为绿色塑料原料。随着技术不断优化与大规模应用，该研究将有效缓解海水酸化问题，构建“捕碳-产料-制品”一体化绿色产业链，真正实现“边捕碳、边产料”的可持续生产模式，为我国“蓝色经济”高质量发展注入强劲绿色动能。
