化学研究能够开发新技术把废弃二氧化碳CO2变价值产品

碳中和生产能源可减排

《化学，为了可持续发展的全球社会》白皮书认为，用CCS技术来固定CO2，可将来自燃煤发电厂的排放量减少80％~90％。不过，仅使用CO2固定技术，仍不足以实现全球减排的目标。而材料化学在这个领域可以做很多工作，并能提供地质储碳的替代方案。譬如，发展可替代的碳中和方法生产能源以减少CO2排放，将CO2制成燃料或作为化工产业链中有价值的产品等。这将减少人类对化石燃料的依赖，并可避免碳固定技术潜在泄漏等问题。

另外，以流体形式存在的超临界CO2，已经规模化用作纯化过程的溶剂。将超临界CO2广泛用于工艺过程，可以减少化学反应对传统化石燃料源溶剂的需求。材料化学提供的这些方案是减少全球CO2排放战略的组成部分，它能创造许多工作机会，而且无需依赖自然资源。

商业化捕集利用可期

各国政府目前正致力于建立把CCS技术应用于燃气和燃煤发电厂的工业规模示范项目。白皮书指出，理想的CCS系统具有节能和高性价比特点，它包括捕获和分离CO2的材料、工艺过程和技术。

目前，已经成熟的碳捕获技术需要消耗大量能源和原材料，为捕获的CO2除去杂质更需要高昂的成本。对此，专家提出下一代CCS系统必须同时适用于高浓度、固定的碳源，或低浓度、移动的碳源。此外，从CO2中除去杂质的新技术，也应该由丰产元素生产的强韧、耐杂质的材料和膜等组成。

现在储存在地下的CO2也许将来可作为有价值的产品被开采出来。一旦有了合适的转化技术，就可以对这些储存的CO2加以利用。材料化学家将研究和开发一系列CO2固定和纯化的新技术，并帮助开发商业上切实可行的CO2储存技术。

有望作原料纳入供应链

化学家们表示，尽管CO2通常不起化学反应，但在催化剂存在的条件下，有可能与其它化合物形成化学储能体系或有用的新材料。目前石油产量的5%~10%都用于制成化学品，比如塑料、药物和其他消费品等。随着材料化学和催化技术的研究突破，有可能把CO2当作原料纳入化学品供应链中。

在白皮书中列举了这样的例子：CO2可以和氢气结合形成甲醇这种便于运输的液体，再用沸石催化剂将其转变为汽油。使用基于丰产元素的催化剂、非化石原料和可持续供应的氢，可以实现甲醇生产技术的商业化，并为很多大规模使用的商品提供大量原料。通过改造现有工业设备，这样的工艺过程几年内就可以推广。

此外，把CO2和水有效地转化为甲烷气，是一种潜在的储能方案。甲烷是比甲醇能效更高的燃料，以CO2为原料进行转化还可降低对天然气资源的依赖，并有助于中期内向使用低排放、清洁的燃料过渡。目前，已经有了借助氢将CO2转化为合成气的催化工艺。白皮书预计，通过设计合适的流程，使用氢气或其他含氢材料大规模地把CO2转化成合成气，将在短期内实现。

白皮书指出，现在已经有了将CO2小规模转化成聚合物的技术，并且几年内可以扩大应用的范畴，而这需要科学家对现有合成聚合物材料的设备进行改造。对于材料化学而言，则需要针对CO2的化学反应开发和优化高活性、高选择性、可持续和高效的催化剂，并设计和优化电催化或光催化方法，将CO2纳入供应链中。