当我们凝视这片覆盖地球七成的蓝色疆域，看到的不仅是生命的摇篮，更是地球气候的“守护神”。海洋如同一个巨大的海绵，每年吸收着人类活动排放的大量二氧化碳，是地球上最大的活跃碳库。然而，这份无私的承担也带来了代价——海洋酸化正日益严重。
厦门大学焦念志院士在第六届智库科学与工程国际研讨会平行专题会议——共建共享的海洋科技与产业发展科学对话中指出海洋是地球上最大的活跃碳库，其碳储量是陆地的20倍、大气的50倍，对调节气候变化至关重要。 然而，当前海洋吸收储存了地球上93% 二氧化碳，已经引发了海洋酸化问题。 因此，如何通过“负排放”来吸收更多的二氧化碳是巨大挑战，这就要求必须“科学先行”。
中科院深圳先进院高翔团队与电子科技大学夏川团队在顶尖期刊《自然·催化》上发表的突破性研究，给出了令人振奋的答案。他们开创的“人工海洋碳循环系统”，实现了从海水中捕获二氧化碳并直接转化为可降解塑料的全程技术突破，为碳中和目标提供了全新的解决方案。
第一步：巧捕二氧化碳——海洋中的“碳捕手”
想象一下，要从浩瀚海水中精准捕获二氧化碳，就像是要从太平洋里捞出一枚特定的贝壳。研究团队设计了一个非常巧妙的五腔室电化学装置，可以看作是一座微型的“碳捕获工厂”。
这座“工厂”的核心部件是一张特殊的双极膜。通电之后，它能将水分子“撕开”，产生酸性和碱性两种溶液。研究人员引导产生的酸性液体去“攻击”流入的海水，使海水微微酸化。这一招巧妙地打破了海水原有的化学平衡，就像摇晃一瓶汽水一样，迫使溶解在海水里的碳以二氧化碳气体的形式释放出来。
随后，这些二氧化碳气体被专门的气体交换膜捕获、收集。而最关键的一步是，系统会立即用自产的碱性液体去中和刚才被酸化的海水，使其恢复原样后再安全地排回大海。这样一来，我们只带走了碳，却没有破坏海洋环境，真正实现了“取碳不伤海”。
第二步：高效转化——二氧化碳变身甲酸
捕获的二氧化碳气体是下一步转化的原料。研究人员的目标是把它变成一种易于被生物利用的简单有机物——甲酸。甲酸是理想的中介体，它能被微生物作为“食物”来生产更有价值的产品。
实现这一转化的关键是找到一种高效且稳定的“催化剂”。团队成功研制出一种新型的铋基催化剂。您可以把它想象成一位技艺高超的“分子魔术师”，它能精准地引导二氧化碳分子与水分子发生反应，几乎专一地生成甲酸。
更值得一提的是，团队采用了固态电解质反应器来生产甲酸。这种设计的好处是，它可以直接产出纯净的甲酸水溶液，省去了繁琐且耗能的分离提纯步骤，为后续的生物制造环节提供了“开箱即用”的完美原料。
第三步：生物制造——海洋细菌的“魔法变身”
现在，原料甲酸已经备好，轮到“生物工厂”登场了。研究人员挑选了一位“明星工人”——需钠弧菌。这是一种生长速度极快的海洋细菌，每10分钟就能繁殖一代，而且对甲酸有天然的耐受性。
通过基因工程技术，研究人员为这种细菌装备了关键的“代谢钥匙”(三种外源酶)，为其构建了一条全新的代谢通路。这样一来，工程菌株就能高效地将“吃”进去的甲酸，“消化”转化为我们最终想要的产品——琥珀酸。
琥珀酸是合成生物可降解塑料PBS的关键原料。实验结果显示，从1升的小瓶子放大到5升的发酵罐，工程菌株愈发优异，琥珀酸的产量稳步提升。更有趣的是，生产过程中副产的乳酸，本身也是另一种可降解塑料(聚乳酸)的前体，这意味着整个工艺的经济性得到了极大优化。
技术价值与前景：一场绿色制造的革命
这项技术的突破性在于，它首次将电化学催化与生物合成这两个强大的工具完美地整合在一个系统里。
* 原料可持续：直接利用海洋中取之不尽的溶解碳，不占用宝贵的陆地资源。
* 环境效益显著：直接从海洋中移除二氧化碳，实现“负排放”，有助于缓解海洋酸化。
* 产品价值高：生产的琥珀酸是生物可降解塑料PBS的关键原料，市场前景广阔。
这项研究为我们勾勒出一幅未来产业的蓝图：利用可再生能源，在沿海地区建立“海洋碳炼金厂”，将导致气候变暖的二氧化碳，转化为可降解的塑料、纺织品等有用材料。这不仅是技术的胜利，更是一种发展理念的转变——人类活动可以从向自然索取，转变为与自然和谐共存。
结语
从海水到塑料，这条看似不可思议的道路，如今已被中国科学家们踏出了清晰坚实的足迹。这项研究不仅标志着我国在海洋碳资源利用领域达到了世界领先水平，更重要的是，它为人类应对气候变化、实现可持续发展提供了一种充满想象力的“中国方案”。科技的创新，正让人类与海洋的关系，从过去的索取与负担，转向未来的共生与共赢。
参考文献：
1. Li, C., Guo, M. et al. Efficient and scalable upcycling of oceanic carbon sources into bioplastic monomers. Nat. Catal. 8, 1023–1037 (2025).
支持单位：海洋负排放(ONCE)国际大科学计划、厦门大学碳中和创新研究中心
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