中国建立世界第一个反应堆，将海洋二氧化碳转化为可生物降解原料

今日新闻 2025年11月02日 05:22 2 admin

信息来源：https://interestingengineering.com/innovation/ocean-carbon-capture-bioplastic

在应对气候变化的全球努力中，一项来自中国的突破性技术正在重新定义碳捕获与利用的可能性边界。深圳先进技术研究院与电子科技大学的联合研究团队成功开发出世界首个能够直接从海水中提取二氧化碳并转化为生物塑料原料的完整工业系统，为实现真正的循环碳经济开辟了全新路径。

这套革命性的人工海洋碳循环系统已在深圳湾进行了超过530小时的连续运行测试，成功实现70%的碳捕获效率，并将捕获的二氧化碳转化为琥珀酸——一种制造可生物降解塑料聚丁二酸丁二醇酯的关键前体化合物。更为重要的是，该技术的运行成本约为每吨二氧化碳230美元，已达到与现有商业碳捕获技术相竞争的经济水平。

这一成就标志着人类首次实现从海洋碳源到工业化学品的完整转化链条，为解决全球塑料污染和气候变化问题提供了双重解决方案。海洋作为地球最大的碳汇，吸收了约三分之一的人为二氧化碳排放，如今正从被动的碳储存器转变为主动的绿色化工原料供应基地。

技术创新的多维度突破

该系统的核心创新在于巧妙融合电化学工程与合成生物学两大前沿技术领域。整个转化过程分为三个精密协调的阶段：首先通过专门设计的五室电化学反应器处理海水，利用电场作用将海水中的碳酸盐离子转化为气态二氧化碳；随后采用铋基催化剂将分离出的二氧化碳电化学还原为甲酸；最终利用基因工程改造的海洋细菌Vibrio natriegens将甲酸发酵转化为高价值的琥珀酸。

海洋吸收了全球近三分之一的二氧化碳排放量。克里斯蒂安·帕尔默/Unsplash

电化学反应器的设计体现了工程学的精妙之处。五个反应室各司其职，通过精确控制电场强度和离子传输，实现海水的高效分解。其中一个反应室在质子作用下被酸化，促使溶解的碳酸盐转化为二氧化碳气体，然后通过中空纤维膜技术实现气液分离。这种分段式处理不仅提高了转化效率，还大幅降低了能耗。

催化剂的选择同样经过精心设计。铋基催化剂在二氧化碳电还原反应中展现出优异的选择性和稳定性，能够在温和条件下高效地将二氧化碳转化为甲酸。与传统的贵金属催化剂相比，铋不仅成本低廉，而且环境友好，为该技术的工业化应用奠定了坚实基础。

生物转化环节的突破更是令人瞩目。研究团队选择Vibrio natriegens这一快速生长的海洋细菌作为宿主，通过基因工程技术增强其甲酸代谢能力，实现了从甲酸到琥珀酸的高效生物转化。这种细菌的生长速度是大肠杆菌的两倍，为工业化生产提供了时间优势。

经济可行性与市场前景

从经济角度审视，该技术已经跨越了从实验室概念到商业应用的关键门槛。每吨二氧化碳230美元的处理成本虽然看似不低，但考虑到最终产品琥珀酸的市场价值，整个系统实际上具备了盈利潜力。琥珀酸作为重要的平台化学品，不仅可用于生产生物塑料，还广泛应用于食品、制药和化工等多个行业。

加州理工学院材料科学专家项成祥在评价这一技术时指出，其真正价值不仅在于实现了二氧化碳的有效利用，更在于创造了一个具有良好经济性和技术稳定性的生物塑料单体生产平台。随着全球对可降解塑料需求的快速增长，琥珀酸的市场价格有望持续上涨，进一步改善该技术的经济效益。

该系统的模块化设计为其市场适应性提供了重要保障。通过调整催化剂类型和微生物菌株，同一套设备可以生产乳酸、丙氨酸、1,4-丁二醇等多种高价值化学品。这种灵活性不仅降低了投资风险，还使企业能够根据市场需求动态调整产品结构。

更为重要的是，该技术有望与海上可再生能源实现深度融合。海上风能和潮汐能的快速发展为海洋碳转化提供了丰富的清洁电力来源，这将进一步降低生产成本并提升环境效益。一些前瞻性的企业已经开始探索在海上平台集成碳捕获、可再生能源和化学品生产的综合解决方案。

环境影响与可持续发展意义

从环境保护角度来看，这项技术的影响远超传统的碳捕获与封存方案。传统的CCS技术虽然能够有效捕获二氧化碳，但长期储存的安全性和成本效益仍存在争议。相比之下，海洋碳转化技术将二氧化碳转化为有用的化学品，不仅避免了储存风险，还创造了经济价值，实现了真正的碳循环利用。

该技术对海洋环境的影响同样值得关注。研究表明，适度的海水处理不会对海洋生态系统造成显著影响，甚至可能通过降低海水酸化程度对海洋生物产生积极作用。随着海洋吸收二氧化碳的持续增加，海水pH值下降已成为全球性问题，而这项技术提供了一种主动干预的可能性。

在全球可持续发展目标框架下，海洋碳转化技术体现了多重环境效益的协同实现。它不仅有助于减少大气中的二氧化碳浓度，还为解决塑料污染问题提供了可行路径。传统石油基塑料的生产和处理是环境污染的重要源头，而生物降解塑料的推广应用将显著减轻这一压力。

研究团队预计，随着技术的不断优化和规模化应用，海洋碳转化系统的处理能力和经济效益将持续提升。大规模的海洋碳转化设施不仅能够处理工业排放的二氧化碳，还可能成为区域性的碳负排放中心，为实现全球碳中和目标作出重要贡献。

这项技术的成功也为其他海洋资源的高值化利用提供了示范。海洋中蕴藏着丰富的化学资源，包括各种溶解离子、有机物和微生物群落。通过发展更加先进的海洋生物工程技术，人类有望将海洋打造成可持续的化学品生产基地，为构建蓝色经济新模式奠定基础。

随着全球气候治理压力的不断增加和绿色化学需求的快速增长，海洋碳转化技术正站在时代发展的风口。这一中国原创的突破性创新不仅为本国的绿色发展提供了新动能，更为全球应对气候变化挑战贡献了中国智慧和中国方案。

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