西安交大化工学院新成果破解一碳生物制造瓶颈

近日，西安交通大学化工学院博士生张晨悦与教授费强的科研成果发表于《自然-通讯》（Nature Communications）。西安交通大学为第一通讯单位，化工学院博士生张晨悦与费教授强为共同第一作者，北京化工大学院士谭天伟和教授费强为共同通讯作者。

当前化学工业对化石资源的高度依赖导致二氧化碳（CO? ）排放激增和资源枯竭，传统线性经济模式亟需转型。以一碳原料回收利用为核心的第三代生物制造，已逐步成为实现可持续化学生产的关键路径。然而，一碳底物生物制造的工业化面临技术经济瓶颈与环境风险挑战。

基于此，西安交大费强团队建立了生物制造的“技术-经济-碳足迹”全链条评价体系（TECA），其中包括通过技术经济可行性分析（TEA）量化工艺参数与经济指标的关系，精准识别工业化进程中的成本趋势与经济瓶颈；借助全生命周期评价（LCA）追踪产品从原料到废弃处理全链条的污染物排放，实现环境效益评价与风险预警。

目前已构建了涵盖多种原料制备生物基产品的实践案例，如甲烷合成活性产物、CO? 制备依克多因、沼气生产生物航煤等，相关成果已在多个国际著名期刊发表。

从基于化石基原料的生产路线到循环一碳生物制造的转变。西北工业大学供图

针对这一空白，费强团队近期借助TECA平台技术，结合生物转化一碳原料合成化学品的最新研究成果与实验数据展开模拟计算及综合分析，提出了一碳生物制造从实验室迈向工业规模的展望。通过精细化拆解成本、动态推演效益、溯源追踪碳足迹，全方位剖析产品的经济效益和可持续性，旨在推动化学品生产去化石化，促进循环碳经济和可持续发展，为生物制造产业顶层设计提供依据，有力推动一碳生物制造商业化与产业化，助力循环碳经济发展和碳中和目标实现。该研究通过案例研究剖析一碳生物制造商业化的关键经济和技术障碍，提出提升成本竞争力的可行路线图，强调其作为传统化学生产的可扩展和可持续替代方案，以及在助力碳中和方面的潜力。

提高一碳生物制造经济可行性和可持续性的路径。西北西北工业大学供图

该研究进一步通过LCA研究，证实一碳生物制造相较传统工艺具有显著碳减排优势。以丙烯酸生产为例，每生产1吨产品可减少约3.09吨温室气体排放，为化学工业低碳转型提供了重要理论支撑。该成果不仅为一碳生物制造技术规模化应用指明方向，更成为推动化学工业脱碳、构建循环经济的关键技术支撑，有望重塑传统化工产业发展格局。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60247-w