海洋酸化治理技术

海洋酸化治理技术新突破：从海洋“吸碳”到制造生物塑料

面对日益严峻的海洋酸化问题，全球科学家正在开发多种创新技术，不仅能够从海水中提取二氧化碳，还能将其转化为有价值的生物塑料，实现环境效益与经济效益的双赢。

海洋，作为地球上最大的天然“碳库”，每年吸收逾四分之一人为排放的二氧化碳，有效减缓了全球气候变暖。

然而，这片广袤的水域正因此面临严峻挑战——海水的持续酸化正威胁着海洋生态平衡。

自工业革命以来，地球海洋的酸性已提高了25%，这对珊瑚、贻贝、海胆和牡蛎等海洋生物构成了生存威胁，因为它们构筑骨骼和贝壳变得更加困难。

01 海洋碱化：自然启示的解决方案

通过增加海水碱度来应对海洋酸化，成为一种直接且有效的策略。

国立中山大学海洋科学系助理教授雷汉杰通过分析长达26年的南海观测数据，首次发现了海水碱度自然上升的趋势。

这项研究发表在国际知名期刊《地球物理研究快报》上，证实海洋自然碱化现象能够提升二氧化碳吸收能力28%，同时减缓海洋酸化速度14%。

雷汉杰强调，南海表層海水总碱度每年上升0.56微莫耳/公斤，使海水吸收二氧化碳的能力提升28%，同时减緩海水酸化速度14%，以及碳酸钙饱和度下降速度22%。

观测成果与理论模型高度吻合，证明以“海洋增碱”作为碳移除技术不仅可行，还能同时带来缓解海洋酸化的双重效益。

02 矿化封存：天然矿物的潜力

利用天然矿物质减缓海洋酸化是另一种有前景的方法。

荷兰皇家海洋研究所的科学家们正在研究使用橄榄石这种天然矿物质来吸收海水中不必要的酸性物质。

橄榄石是一种硅酸镁矿物质，当被放在海水中时，它会将自身含有的镁离子逐渐置换成质子，因此帮助去除酸性。

研究表明，在适当剂量下，这种方法可以有效调节海水pH值而不对海洋生物产生副作用。

然而，剂量控制至关重要——研究发现当铺上3厘米厚的橄榄石层时，居住在沉积物中的海蚯蚓和其他海洋生物都死掉了。

03 人工海洋碳循环：从CO₂到生物塑料

中国科学院深圳先进技术研究院与电子科技大学的科研团队开创了一种“人工海洋碳循环系统”。

该系统采用“电催化+生物催化”耦合策略，可捕集天然海水中的二氧化碳，并转化为高价值化学品与材料。

电子科技大学夏川团队负责研发电催化技术，设计了一种新型电解装置，能在天然海水里连续稳定运行超500小时，二氧化碳捕碳效率达70%以上，还可同步副产氢气。

研究团队还成功研制出高活性、高甲酸选择性的铋基催化剂，借助电催化将捕获的二氧化碳高效转化为甲酸。

中国科学院深圳先进院高翔团队则利用合成生物学手段，成功改造出能耐受高浓度甲酸的“工程菌”。

该工程菌能够将甲酸精准地转化为合成生物可降解塑料聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的核心单体——琥珀酸，以及可降解塑料聚乳酸（PLA）的单体——乳酸。

研究人员通过碳同位素标记实验，证实了最终生成的琥珀酸分子中碳原子来自最初捕获的二氧化碳。

目前，研究团队已基于合成的生物塑料单体进一步合成了可完全生物降解的PBS及PLA，并制备出示范吸管产品。

04 综合治理路径与未来展望

海洋酸化治理需要多元化的技术路径。

从单一技术到综合解决方案是未来发展方向。焦念志院士提出，研发海洋“负排放”技术对支撑国家“碳中和”需求至关重要。

他建议利用微生物碳泵、生物泵和碳酸盐泵原理的综合负排放途径，在实现增汇的同时缓解环境问题。

通过施加矿物、增加碱度，提高自生碳酸盐产量，并与有机碳一起埋葬，可实现综合储碳增量的效果。

这些创新技术不仅有助于解决海洋酸化问题，还将为推动“蓝色经济”发展提供新动力。

随着技术不断优化与大规模应用，人类可能很快就能构建“捕碳-产料-制品”一体化绿色产业链，真正实现“边捕碳、边产料”的可持续生产模式。

沿海地区未来可能建设集成化的“绿色工厂”——一方面依托电催化装置持续从海水中捕获二氧化碳并转化为甲酸；另一方面通过发酵罐中的工程菌将甲酸高效转化为绿色塑料原料。

随着这些技术不断优化与大规模应用，我们不仅能有效缓解海水酸化问题，还能构建“捕碳-产料-制品”一体化绿色产业链，真正实现“边捕碳、边产料”的可持续生产模式。

海洋酸化治理已从理论走向实践，一步步变为现实。