Đại dương chứa lượng CO₂ nhiều gấp 150 lần bầu khí quyển Trái Đất. Việc bổ sung thêm CO₂ gây ra hiện tượng axit hóa đại dương, làm gián đoạn chuỗi thức ăn dưới biển và giảm đa dạng sinh học. Giải quyết vấn đề này không chỉ giúp khôi phục cân bằng hệ sinh thái nơi đây, mà còn tận dụng CO₂ hòa tan để sản xuất các hóa chất công nghiệp cần thiết, trong đó có nguyên liệu làm nhựa.

Bước đầu tiên là công nghệ thu trực tiếp CO₂ từ đại dương (DOC), sử dụng quá trình điện hóa để loại bỏ carbon hòa tan khỏi nước biển. Tuy nhiên, công nghệ này hiện vẫn chưa được ứng dụng trên quy mô lớn do chi phí cao, ước tính mất khoảng 373 USD để loại bỏ 1 tấn CO₂.

Các nhà khoa học tại Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc (CAS) và Đại học Khoa học điện tử và công nghệ Trung Quốc (UESTC) ở Thâm Quyến đã phát triển phương pháp DOC mới để chuyển đổi CO₂ thu được thành tiền chất nhựa phân hủy sinh học. Phương pháp này đạt hiệu suất chuyển đổi lên đến 70% nhưng chỉ tiêu thụ 3 kWh năng lượng cho mỗi kg CO₂ và chi phí khoảng 230 USD/tấn CO₂, thấp hơn đáng kể so với các phương pháp trước đây.

Điều đáng chú ý là việc sử dụng vi khuẩn biển biến đổi gen cho bước cuối cùng. Dưới đây là phân tích chi tiết về quy trình, được mô tả trong bài báo đăng trên tạp chí Nature Catalysis:

Đầu tiên, điện được sử dụng trong lò phản ứng đặc biệt để axit hóa nước biển, chuyển đổi carbon hòa tan thành khí tinh khiết. Sau đó, hệ thống khôi phục tính chất hóa học của nước biển trước khi đưa về đại dương.

Sau đó, khí CO₂ được đưa vào lò phản ứng thứ hai chứa chất xúc tác gốc bismuth để tạo ra axit formic (HCOOH), chất lỏng tinh khiết và đóng vai trò làm chất trung gian vì là nguồn thức ăn giàu năng lượng cho vi khuẩn.

Vi khuẩn biển biến đổi gen (Vibrio natriegens) được nuôi bằng axit formic tinh khiết như là nguồn carbon duy nhất. Chúng chuyển hóa hiệu quả axit formic thành axit succinic, nguyên liệu chính để tổng hợp nhựa phân hủy sinh học như polybutylene succinate (PBS).

Hệ thống vẫn có thể được tối ưu thêm để tăng sản lượng và tích hợp vào quy trình công nghiệp. Ngoài ra, phương pháp này có thể được điều chỉnh để tạo ra hóa chất sử dụng trong sản xuất nhiên liệu, dược phẩm hoặc thực phẩm. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu chưa xác định rõ thời điểm thương mại hóa phương pháp DOC này do có nhiều đối thủ cạnh tranh. Ví dụ, công ty Brineworks ở Hà Lan tuyên bố sẽ giảm chi phí xuống dưới 200 USD/tấn CO₂ vào năm 2030.

N.P.D (NASTIS), theo Newatlas, 10/2025