海洋作为地球上最大的天然“碳库”，每年吸收排放的二氧化碳四分之一以上，有效减缓气候变暖。然而，海水持续吸收二氧化碳造成的海洋酸化，对海洋生态平衡造成严重威胁。如何将海洋中的这部分碳转化为人们可以利用的资源，减缓海水酸化，是发展“蓝色经济”、实现“双碳”目标面临的共同课题。 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、深圳先进技术研究院合成生物研究所高翔课题组与电子科技大学夏川团队合作，首次提出并证明了基于“电催化+生物催化”耦合的“循环系统人工海洋”方法。该系统可以获取天然海水中的二氧化碳，并将其转化为可直接插入生物制造的介质，进而升级为多种高价值化学品。这项研究以一种令人沮丧的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学术期刊《Nature CataSis》上。 第一个重大研究环节由中国电子科技大学夏川团队牵头。他们利用电催化技术从海水中提取了巨大的碳。面对电极钝化、除盐等问题，研究团队设计了一种新型电解装置。实验结果表明，该装置可在天然海水中连续稳定运行500小时以上，高效获取碳DI氧化物达70%以上，同时可产生副产氢气。同时，研究团队成功开发出一种高活性、高酸选择性形式的铋基催化剂，能够很好地借助电催化将捕获的二氧化碳转化为甲酸，并持续获得高浓度的甲酸。 第二个重大研究环节由中国科学院深圳先进技术研究院高翔团队领导。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非常快的厌氧弧菌。他们通过长期进化和合成生物学实验室方法，系统地构建了遗传线路，成功改变了能够耐受高浓度甲酸并可作为良好生长和代谢的唯一碳源的“工程菌”。钍工程菌可以精确地将甲酸转化为合成可生物降解塑料聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的主要单体琥珀酸和驱动塑料聚乳酸（PLA）的单体乳酸。 为了验证碳流和整个系统的工业化能力，研究人员利用碳同位素实验来确认最初捕获二氧化碳时产生的酸分子后来形成碳原子。在此基础上，他们又完成了1升和5升发酵罐的放大实验，成功实现了这项研究从实验室水平向中试水平的迈进。值得注意的是，实验过程中在产品中制造乳酸也为扩大差异化塑料提供了新的可能性。 目前，研究团队在合成生物塑料单体的基础上，更合成了完全可生物降解的PBS和PLA，并制备了示范性的吸管产品。。研究人员指出，通过模块化设计以及电催化和代谢途径优化的结合，该平台有望扩展到有机酸、单体、表面活性剂、营养成分等不同产品线，输送材料、化学、医药、食品等工业场景。 该项目联合负责人高翔表示：“我们希望将海洋中丰富的碳资源转化为绿色产品，以实现减少碳排放、产业升级和产业升级的诸多目标。（周红双·李晓东）