中央研究院今日宣布，院长廖俊智费时 7 年时间，带领团队成功打造“人工固碳循环”，超越植物光合作用的效率，能将二氧化碳转化为再利用的化学品，研究成果已在今年 2 月发表于著名国际期刊《自然催化》（Nature Catalysis）。
目前大气中的二氧化碳，主要是经由植物行光合作用转化为有机化合物，这个过程称为“固碳”（carbon fixation），为目前空气中捕碳最有效的方式，但是速度仍不够快。
廖俊智表示，“人工固碳循环”是人类史上第二次创造出与自然界不同的固碳循环，这个循环可在实验室反应器中维持 6 小时，为目前人工固碳效率最高的方法。
以人工固碳途径突破光合作用限制
大自然光合作用有三大限制，首先所伴随的固碳过程，是透过植物吸收阳光，以固碳酶（RuBisCO）来固定二氧化碳，并转化为有机碳储存在植物体内，但这种固碳酶会受到环境中氧气影响，产生光呼吸作用，降低固碳效率，而且植物只在生长期有明显固碳效果，像白天捕捉的二氧化碳，其中一半又经由夜晚的呼吸作用释放出来，也让固碳效率打折扣。
廖俊智研究团队的生物化学研究所博士林柏亨表示，团队设计出一个比光合作用更有效率的人工固碳途径，首先为解决植物固碳酶也会与氧结合的问题，选取 2 种不受氧气影响的固碳酶，再加上 19 个微生物酵素酶共同组合而成，排除“光呼吸”作用干扰，而这途径只利用微生物体内的酶，并非使用整个微生物，所以能不受植物细胞生长期限制与呼吸作用影响，打造高效的固碳效率。
▲人工固碳循环示意图。（Source：中研院）
负碳技术不仅吸碳！还能储存、转化再利用
为解决日益严重的二氧化碳问题，除了要加紧布建无碳再生能源之外，如何以负碳技术增加碳汇将是达到 2050 年净零碳排的关键。林柏亨说明，团队所设计的人工固碳循环正是一种负碳技术，能进一步将二氧化碳转换为可再利用的化学品，不但减少碳排，同时也可以增加碳汇。
研究配合光学即时监控以及辅酶（ATP、NAD(P)H及FAD）再生，提供持续固碳的能量，不断将二氧化碳转化为多种常见的化学先驱物（acetyl-CoA、pyruvate及malate），可用来制造多种化学原料，取代石化产品或药品、食品。
廖俊智指出，这项研究开创新的反应器固碳途径，可在室温环境中进行，弹性运用于不同的场域，未来可配合电化学反应，以绿电达成碳再利用的负碳效果。
面对气候变迁的严峻挑战，廖俊智运用合成生物学，创造出可持续固碳的人工碳循环路径，有助于负碳技术的发展，解决全球暖化问题，并陆续在《自然》、《科学》、《细胞》等顶尖期刊上，发表多篇成果，并在 2021 年获得以色列总理奖，表彰廖俊智在生质能源研究的重大突破。
（首图来源：中研院）
