面对日益严峻的环境挑战，工程师正探索循环方法，将工业排放的二氧化碳转化为有价值的化学品。其中，异戊二烯作为一种关键的合成橡胶前体，正成为生物制造领域的热门目标。目前，全球每年从石油中提取超过80万吨异戊二烯，用于轮胎、粘合剂等产品，市场规模约40-50亿美元且持续增长。与此同时，水泥、能源等行业每年释放数十亿吨二氧化碳，为生物转化提供了丰富原料。

明尼苏达大学的保罗·道恩豪尔指出：“异戊二烯是一种即用型替代品。所以你可以购买由化石燃料制成的异戊二烯，或者购买由可再生工艺制成的异戊二烯，而你无法分辨区别……它是一种非常特殊的分子。”微生物或植物来源的异戊二烯在化学上与石油产品相同，这意味着现有橡胶工艺无需调整，而碳源来自废弃排放而非化石燃料。随着全球汽车年产量约800万辆，橡胶需求激增，例如印度合成橡胶消费量每年增长15-20%，推动了异戊二烯的需求。

工业二氧化碳排放为微生物生产异戊二烯提供了充足原料。例如，美国水泥厂在2022年排放约6800万吨二氧化碳，燃煤电厂排放量更高。芬兰VTT的Bioruukki试点项目展示了捕获工业烟气二氧化碳并转化为产品的潜力，研究教授尤哈·莱赫托宁表示：“如果捕获并转化为产品，芬兰可能成为由二氧化碳和氢制成的聚合物和运输燃料的主要生产国和出口国。”类似原理可应用于异戊二烯生产，利用废弃二氧化碳制造橡胶。

科学家已设计多种微生物途径将二氧化碳转化为异戊二烯。蓝藻等光合自养生物通过MEP和MVA途径生产异戊二烯，例如道恩豪尔团队改造蓝藻后产量超过1克/升。产甲烷菌等化能自养生物可被改造以表达植物异戊二烯合酶，在实验室中将高达4%的碳流导向异戊二烯。其他宿主如大肠杆菌和酵母也用于生产，但产量较低。异戊二烯具有挥发性，以气体形式逸出，简化了分离过程，可在冷凝器中捕获。

生物基化学品初创公司Visolis是微生物生产异戊二烯的典型案例。该公司使用基因工程微生物将木材废料发酵成甲羟戊酸，再转化为异戊二烯。创始人迪帕克·杜加尔解释：“我们的过程是碳负的，因为植物从空气中吸收二氧化碳……我们将其加工成……合成橡胶……大部分材料……被回收……所以二氧化碳被封存在材料中……这使我们能够……不仅减少气候变化，而且开始逆转它。”Visolis已与轮胎行业合作测试碳负橡胶，独立评估显示其技术可能降低生命周期排放超过40%。

尽管工程挑战存在，如需要扩大规模并降低成本，但生物基异戊二烯项目在全球获得资助，包括欧盟ALFAFUELS和美国能源部拨款。道恩豪尔表示：“这里有机会不仅解决环境问题，而且创造新的、更好的产品。”利用工业二氧化碳生产微生物异戊二烯将气候目标与市场需求结合，有望推动碳负产业发展，未来轮胎可能使用来自烟囱排放的碳而非石油。