“接下來的100年里，地球氣溫將上升2℃~4.5℃，這主要是人為排放二氧化碳（CO2）的緣故。”參加第二屆化學(xué)科學(xué)與社會高峰論壇的科學(xué)家們表示，盡管碳捕獲和儲存（CCS）系統(tǒng)有助于減少CO2排放，但目前在商業(yè)上CO2還無法被有效地固定。不過，材料化學(xué)研究能夠開發(fā)新的技術(shù)，把廢棄CO2變?yōu)橛袃r值的產(chǎn)品。

碳中和生產(chǎn)能源可減排

《化學(xué)，為了可持續(xù)發(fā)展的全球社會》白皮書認為，用CCS技術(shù)來固定CO2，可將來自燃煤發(fā)電廠的排放量減少80％~90％。不過，僅使用CO2固定技術(shù)，仍不足以實現(xiàn)全球減排的目標。而材料化學(xué)在這個領(lǐng)域可以做很多工作，并能提供地質(zhì)儲碳的替代方案。譬如，發(fā)展可替代的碳中和方法生產(chǎn)能源以減少CO2排放，將CO2制成燃料或作為化工產(chǎn)業(yè)鏈中有價值的產(chǎn)品等。這將減少人類對化石燃料的依賴，并可避免碳固定技術(shù)潛在泄漏等問題。

另外，以流體形式存在的超臨界CO2，已經(jīng)規(guī)模化用作純化過程的溶劑。將超臨界CO2廣泛用于工藝過程，可以減少化學(xué)反應(yīng)對傳統(tǒng)化石燃料源溶劑的需求。材料化學(xué)提供的這些方案是減少全球CO2排放戰(zhàn)略的組成部分，它能創(chuàng)造許多工作機會，而且無需依賴自然資源。

商業(yè)化捕集利用可期

各國政府目前正致力于建立把CCS技術(shù)應(yīng)用于燃氣和燃煤發(fā)電廠的工業(yè)規(guī)模示范項目。白皮書指出，理想的CCS系統(tǒng)具有節(jié)能和高性價比特點，它包括捕獲和分離CO2的材料、工藝過程和技術(shù)。

目前，已經(jīng)成熟的碳捕獲技術(shù)需要消耗大量能源和原材料，為捕獲的CO2除去雜質(zhì)更需要高昂的成本。對此，專家提出下一代CCS系統(tǒng)必須同時適用于高濃度、固定的碳源，或低濃度、移動的碳源。此外，從CO2中除去雜質(zhì)的新技術(shù)，也應(yīng)該由豐產(chǎn)元素生產(chǎn)的強韌、耐雜質(zhì)的材料和膜等組成。

現(xiàn)在儲存在地下的CO2也許將來可作為有價值的產(chǎn)品被開采出來。一旦有了合適的轉(zhuǎn)化技術(shù)，就可以對這些儲存的CO2加以利用。材料化學(xué)家將研究和開發(fā)一系列CO2固定和純化的新技術(shù)，并幫助開發(fā)商業(yè)上切實可行的CO2儲存技術(shù)。

有望作原料納入供應(yīng)鏈

化學(xué)家們表示，盡管CO2通常不起化學(xué)反應(yīng)，但在催化劑存在的條件下，有可能與其它化合物形成化學(xué)儲能體系或有用的新材料。目前石油產(chǎn)量的5%~10%都用于制成化學(xué)品，比如塑料、藥物和其他消費品等。隨著材料化學(xué)和催化技術(shù)的研究突破，有可能把CO2當作原料納入化學(xué)品供應(yīng)鏈中。

在白皮書中列舉了這樣的例子：CO2可以和氫氣結(jié)合形成甲醇這種便于運輸?shù)囊后w，再用沸石催化劑將其轉(zhuǎn)變?yōu)槠汀Ｊ褂没谪S產(chǎn)元素的催化劑、非化石原料和可持續(xù)供應(yīng)的氫，可以實現(xiàn)甲醇生產(chǎn)技術(shù)的商業(yè)化，并為很多大規(guī)模使用的商品提供大量原料。通過改造現(xiàn)有工業(yè)設(shè)備，這樣的工藝過程幾年內(nèi)就可以推廣。

此外，把CO2和水有效地轉(zhuǎn)化為甲烷氣，是一種潛在的儲能方案。甲烷是比甲醇能效更高的燃料，以CO2為原料進行轉(zhuǎn)化還可降低對天然氣資源的依賴，并有助于中期內(nèi)向使用低排放、清潔的燃料過渡。目前，已經(jīng)有了借助氫將CO2轉(zhuǎn)化為合成氣的催化工藝。白皮書預(yù)計，通過設(shè)計合適的流程，使用氫氣或其他含氫材料大規(guī)模地把CO2轉(zhuǎn)化成合成氣，將在短期內(nèi)實現(xiàn)。

白皮書指出，現(xiàn)在已經(jīng)有了將CO2小規(guī)模轉(zhuǎn)化成聚合物的技術(shù)，并且?guī)啄陜?nèi)可以擴大應(yīng)用的范疇，而這需要科學(xué)家對現(xiàn)有合成聚合物材料的設(shè)備進行改造。對于材料化學(xué)而言，則需要針對CO2的化學(xué)反應(yīng)開發(fā)和優(yōu)化高活性、高選擇性、可持續(xù)和高效的催化劑，并設(shè)計和優(yōu)化電催化或光催化方法，將CO2納入供應(yīng)鏈中。