二氧化碳生物转化的战略定位 - 二氧化碳被视为重要的“碳资源”和生物制造的第三代原料，其生物转化是科技前沿热点[1] - “十五五”规划建议提出采取超常规措施全链条推动生物制造等重点领域关键核心技术攻关[1] - 通过生物技术可将二氧化碳转化为淀粉、蛋白质、燃料和可降解塑料等有用有机物[1][4] 自然固碳系统的局限性及人工改造进展 - 自然界主要固碳途径卡尔文循环的关键酶缺乏专一性，易误绑氧气分子启动耗能的光呼吸过程，导致固碳效率降低[8] - 科学家通过引入更高效的光呼吸替代途径（烟草）、强化光保护机制（烟草、大豆）和引入额外固碳途径（水稻）对自然系统进行升级改造[8] - 2016年德国科学家设计出第一条自然界不存在的固碳途径CETCH循环，其效率显著高于天然卡尔文循环[9] - 2021年科研人员创建仅含4步反应的POAP循环，为已知最短固碳路径 2023年德国团队成功将THETA循环植入大肠杆菌[9] 二氧化碳合成淀粉的产业化突破 - 2021年中国科学院天津工业生物技术研究所联合大连化物所首次实现不依赖植物光合作用的二氧化碳到淀粉的人工全合成[10] - 该途径结合化学催化与酶促反应，与光伏和电解水产氢联用可利用阳光、水和二氧化碳合成淀粉，其合成速率和理论能量转化效率均超过玉米等农作物[10] - 2023年该团队实现了从二氧化碳到葡萄糖、甘露糖等多种糖类化合物的精准合成[10] - 基于酵母底盘细胞构建可合成淀粉的细胞工厂，使淀粉生产从农业种植向工业车间生产模式转变成为可能[10] 二氧化碳合成蛋白质的工业化路径 - 微生物蛋白以二氧化碳或工业尾气为原料，具有不与人争粮、不与粮争地的独特优势[11] - 2024年美国公司宣布利用土壤细菌通过气体发酵技术将回收的二氧化碳转化为微生物蛋白[11] - 河北首朗新能源科技已成功开发出通过细菌发酵将工业尾气转化为饲料蛋白的技术[11] - 2025年以二氧化碳为原料生产酵母蛋白的工业化装置在内蒙古成功投产[11] 化学品、燃料及可降解塑料的生产应用 - 二氧化碳可通过生物转化用于生产各类化学品，为化工行业开辟低碳甚至负碳的新路径[11] - 在生物燃料领域，研究人员将电催化二氧化碳所得的乙酸利用酵母转化为脂肪酸、β—法尼烯等多碳分子[11] - 2025年研究人员构建“人工海洋碳循环系统”，直接捕集海水中的二氧化碳并将其合成为可完全生物降解的塑料[12] - 该技术展示出将海水转化为绿色材料的产业化可能性，并为解决海洋酸化问题提供了新方案[12]