前沿突破：二氧化碳生物转化，从实验室到产业的奇幻之旅
实验室中的人工合成淀粉——未来粮食生产的颠覆性样本
可降解塑料餐具——二氧化碳“变身”绿色材料的生动例证
微生物蛋白样品——开启非传统蛋白质来源的新纪元
人工途径从二氧化碳合成淀粉示意图——展现工业车间生产淀粉的科技路径
中国科学院天津工业生物技术研究所人工合成淀粉研究中心实验室——创新驱动碳转化的核心基地。 以上图片均为中国科学院天津工业生物技术研究所提供
你听说过吗？最近科技圈炸了：科学家直接从海水中捕获二氧化碳，瞬间制成可生物降解塑料！这不是魔法，而是“生物制造”的威力。网友惊呼：二氧化碳还能变成什么？这场变革将如何改变我们的世界？
编辑解读：没错，你捕捉到的正是全球前沿热点——二氧化碳正从“温室气体”蜕变为“战略碳资源”，一场资源革命已悄然开启。
“十五五”规划建议强调，要突破生物制造等关键核心技术。二氧化碳生物转化，正是这一领域的皇牌方向。作为碳循环的核心，二氧化碳可通过生物技术“重生”为淀粉、蛋白质、燃料乃至塑料，变废为宝。
本期“瞰前沿”，我们邀请中国科学院天津工业生物技术研究所研究员蔡韬，带你直击二氧化碳生物转化最新战况。
二氧化碳：从气候挑战到资源宝库的华丽转身
我们呼出的二氧化碳，是生命代谢的产物，更是全球气候治理的焦点。它像地球的“保温被”，但工业革命后，这层被子过厚，引发生态危机。
国际碳中和行动紧迫，但减排只是第一步。更酷的思路是：主动将二氧化碳转化为资源！在可再生能源驱动下，二氧化碳可通过生物技术“复活”——化为淀粉、蛋白、燃料或塑料。全球实验室与工厂中，这场“碳转化”大戏正火热上演。
从模仿自然到自主设计：高效固碳路径百花齐放
自然是二氧化碳转化大师，但效率有限。例如，卡尔文循环固碳时易误绑氧气，导致能量浪费。科学家们开始“升级改造”：在烟草中植入高效光呼吸替代途径，回收二氧化碳；强化“光保护”机制，提升大豆光合效率；甚至为水稻添加额外固碳途径，显著增产。
真正的颠覆是跳出自然框架，从头设计人工固碳路径。2016年，德国团队打造自然界不存在的CETCH循环，固碳效率超越天然系统。2021年，最短固碳路径POAP循环问世。2023年，THETA循环成功植入大肠杆菌，迈出人工途径细胞化第一步。这些突破标志我们从模仿走向创造，开启高效固碳新时代。
产业化浪潮席卷：二氧化碳变身淀粉、蛋白、塑料与燃料
基础研究引爆应用革命，二氧化碳生物转化产业化路径日益清晰。
2021年，中国科学家首次实现二氧化碳到淀粉的人工全合成，速率和能效超越玉米。2023年，更精准合成葡萄糖、甘露糖等多种糖类。另一路线改造酵母为“细胞工厂”，直接生产淀粉，推动农业模式向工业车间转型。
蛋白质生产也迎来革新。微生物蛋白以二氧化碳或工业尾气为原料，避免与粮争地。2024年，美国公司用土壤细菌将二氧化碳变蛋白；中国河北企业将工业尾气转化饲料蛋白；2025年，内蒙古投产二氧化碳制酵母蛋白装置。这些突破保障未来蛋白供给，拓荒绿色低碳之路。
化学品与燃料领域同样突破连连。二氧化碳可生物转化为各类化学品，为化工提供低碳路径。在生物燃料领域，电催化二氧化碳所得乙酸被酵母转为脂肪酸等多碳分子，点燃绿色能源新希望。
可降解塑料研发迈向高效规模化。2025年，“人工海洋碳循环系统”直接捕集海水二氧化碳合成全降解塑料，既产出绿色材料，又缓解海洋酸化，展现产业化巨潜力。
揭示二氧化碳生物转化机制，突破天然固碳极限，是全球前沿科学议题。探索新途径、新机制，不仅能拓展生命代谢认知，更为人工设计高效系统奠基，推动固碳效率颠覆性提升。这场变革对碳达峰碳中和目标意义深远。未来，实验室创新将重塑物质生产，构建可持续碳循环。现在，就加入关注行列，共同探索碳资源化未来——你的每一次分享与讨论，都在加速绿色革命！
(作者为中国科学院天津工业生物技术研究所研究员，本报记者李家鼎采访整理)
蔡 韬
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