社交媒体上正兴起一种潮流：人们在个人简介中写上类似“Born at xxx ppm”（出生于 xxx ppm）的字样。这是什么意思？这个数字是你出生那一年大气中 CO2 的浓度，以百万分之一（ppm）计。自工业革命以来，这一数值持续上升。二氧化碳能够保留热量，因此这种气体的累积导致了气温升高。1880 年至 1980 年间，地球温度每十年上升 0.07oC；而自 1981 年以来，这一数值已达到每十年 0.18oC。这种“全球变暖”的后果已经显现：2021 年太平洋西北地区前所未有的热浪、2022 年伦敦气温首次达到 40oC，以及2023 年 7 月被称为地球有记录以来最热的月份。
CO2 只是碳在自然界中众多存在形式之一。碳元素存在于各种化学物质中，其循环在生物形态与地质形态之间保持着平衡（碳的生物地球化学循环）。例如，火山喷发和野火等过程会将碳以二氧化碳的形式释放到大气中。随后，藻类、蓝细菌和植物等生物通过光合作用，以光为能源，将这些 CO2 固定为自身生物质。其他微生物也可以利用化学能而非光能来合成有机物（化能无机营养）。其中一部分有机物会再次转化为二氧化碳（例如通过呼吸作用），但也有很大一部分有机物会因地质作用而被埋藏，循环由此重新开始。
然而，人类活动增加了包括 CO2 在内的温室气体排放，打破了这一自然循环。储存在煤炭、石油和木材等不可再生资源中的碳，在燃烧释放能量的过程中被排放到大气中。在工业革命之前，自然界能够非常有效地平衡大气中温室气体的浓度。工业和日常生活对能源的需求不断增长，导致人们通过燃烧煤炭、汽油和木材获取能源，从而将温室气体排放到大气中。其中，87% 来自化石燃料的燃烧，9% 与森林砍伐和土地利用变化有关，其余 4% 来自工业过程。在工业革命之前，自然界能够非常有效地保持浓度的平衡。
脱碳策略：借助技术与自然，共创更绿色的未来
包括国家和国际立法机构在内的各类机构正在推行脱碳策略，以期遏制温室气体的累积并减缓气候变化。脱碳是指消除或减少向大气中排放的 CO2。脱碳可以通过多种方式实现，例如利用可再生资源生产甲烷、以氢气替代烃类气体（如甲烷或沼气），或捕集 CO2。
最后一种方法可以从化学或地质角度（碳矿化）实现：二氧化碳与某些碱性矿物发生反应，生成碳酸盐。这些矿物随后可被埋藏，从而主动移除碳。
那么，生物反应器能否也用于脱碳？答案简单明了：“能”。生物技术方法利用生物体的力量来提供服务和生产产品，而微生物的高度多样性使其在多个方面对脱碳发挥着至关重要的作用。
生物脱碳最直观的方法是利用自养生物（能够从无机来源合成自身有机物的生物），包括光合自养生物和化能自养生物。一些应用利用藻类（如Chlorella和Spirulina）将固定的碳以脂质形式积累，这些脂质可加工生产生物燃料。另一些生物，尤其是基因工程生物，可以通过改造其代谢途径，将碳转化为异丙醇等高附加值产品。产甲烷作用是另一种潜在的脱碳途径。甲烷生成是分解过程的最后一步。在这种情况下，废弃物（农业废弃物、废水）可以在生物反应器中进行处理。复杂有机物经微生物活动分解，生成较小的分子，最终转化为混合气体。这种混合气体可用作能源，从而避免使用不可再生的气源。这两种方法都能减少废弃物并生产可再生燃料。它们不依赖开采和燃烧化石燃料（这会扰乱碳的生物地球化学循环），而是利用现成的副产物。
还有一些更为新颖的应用正在开发之中，例如微生物燃料电池：Geobacter（地杆菌）或 Shewanella（希瓦氏菌）等微生物可在电池阳极上形成生物膜（由微生物细胞和有机基质构成的三维生物结构）。随后，可以向电池中加入废水等有机废弃物。生物活动本质上就是化学反应，因此这种电池能够利用这种转化，像传统电池一样为电路供电。
从认知到行动
“Born at xxx ppm”这句话清楚地提醒我们：大气成分正在迅速变化，应对气候变化刻不容缓。由于碳的生物地球化学循环遭到破坏，包括 CO2 在内的温室气体浓度不断上升，加剧了全球变暖及其相关的环境影响。尽管如此，创新的解决方案带来了希望，例如将生物反应器用于脱碳策略。微生物的多样性开辟了诸多可能：从利用藻类生产可再生燃料到制造微生物燃料电池，这些生物技术应用能够显著助力减少 CO2 排放。从化石燃料转向可再生资源以及高效利用副产物，不仅有助于平衡碳循环，还能促进可持续发展。
展望未来，我们必须继续探索和投资此类技术。政府、产业和个人共同努力推广和采用这些创新至关重要。应对气候变化已成为一场与时间的赛跑，我们采取的每一项行动都将决定我们为子孙后代留下怎样的遗产。因此，“Born at xxx ppm”不仅是提高认识的呼吁，也是号召各方携手应对全球性挑战，激励我们立即行动，创造更美好、更可持续的未来。