D碳社区科普：碳中和--二氧化碳利用的最佳途径？

【双碳目标·CCUS助力】

CO2捕获、利用与封存技术（CarbonCapture，UtilizationandStorage，CCUS）是指CO2捕集、运输及再利用或安全封存的技术组合，是当前全球公认最有效的减碳负碳技术手段，被视为世界经济脱碳的重要工具，对达成我国双碳目标具有重要战略意义。

CCUS技术实施路径

【转化利用·协同增值】

二氧化碳利用（CO2Utilization）是“CCUS技术全集”的一个“新兴子集”，是指生产性利用人为产生的CO2，以制造建筑材料、合成燃料或化学品等增值产品。如何合理选择CO2转化利用路径来实现CO2完全转化并产生相当经济收益，是CCUS技术成功实施、达成双碳目标的关键。

CO2转化利用金字塔模型

基于CO2转化利用的金字塔模型，根据捕获的CO2特征优化CO2转化利用路径，在所有的利用路径中找到一条既能实现高附加值转化又可以保证CO2大规模消纳的高效途径。以此既保证了CO2可持续循环利用，又产生了显著的经济效益。

【金字塔底层·CO2传统利用】

在CO2传统利用领域内，碳封存是对CO2的长期清除或储存，捕获的CO2被封存在地下的储油层、盐层或非开采煤层。当前许多运营的CCUS项目都将CO2注入油井来驱油（EOR），是大批量消纳CO2以及碳储存货币化的主要途径之一。一方面，该技术投资成本较高，若要实现可观商业价值需要较高市场油价作为经济支撑；另一方面，在当前碳中和背景下，化石燃料渐行渐远的趋势会进一步限制CO2－EOR技术的大规模发展。

【金字塔中层·CO2矿化利用】

矿化利用是指将CO2与固废钙镁质成分发生碳酸化反应生成CaCO3或MgCO3，可实现大批量CO2被永久稳定固化在建筑材料中，由于其有益的热力学和永久隔离二氧化碳的能力，可用于环保行业固碳减污协同处置，实现CO2利用与环保产业协同发展。

在矿化应用领域，江苏同萃和科技有限公司联合同济大学团队开展深度合作，针对煤化工行业大宗固废及其CO2烟气特点，开发出煤化工行业大宗固废协同矿化二氧化碳制备全固废负碳建材的大规模工业化工艺路线与成套装备，形成了全流程整体解决方案，并联合国内大型煤化工企业已建成国内煤化工领域首个万吨级CO2矿化制备全固废负碳建材生产线并成功试运行，实现了节能、利废、负碳的协调统一。

大宗固废矿化CO2的资源循环利用机制与技术路径

【金字塔高层·CO2化学与生物转化】

CO2化学转化应用领域广泛，可将CO2纳入工业体系与生物质材料、煤、石油和天然气共同作为五大工业基础原材料，用于生产多种有机或无机化工产品，构建全新CO2循环经济产业链。已有国内外相关企业借助CO2催化加氢等技术生产甲醇、烯烃等基础化工产品，并衍生出各种中间体产品及万余种终端产品。CO2的化学转化利用路径有效推动了CO2高附加值利用和化工行业绿色低碳负碳化进程，但由于能耗高、催化效率低、制造成本高（制氢、制催化剂）等技术瓶颈也进一步限制了该技术的大规模产业化推广。

在地球整体碳循环过程中，利用生物固定并转化CO2是一种回归自然的利用方式。其中，利用微藻固定CO2技术极具开发和应用潜力，微藻固碳能力及通过光合作用合成生物燃料速度远高于传统作物。但生物转化技术往往固碳能力有限且受制于生物自身较多不稳定因素，实现CO2大规模转化利用仍有较大难度。

CO2转化利用制备化工产品

【金字塔顶层·CO2合成碳纳米材料】

CO2转化合成高附加值的碳基新材料（碳纳米管、碳纤维、金刚石、石墨烯等）是一项全新的CO2利基应用，其市场价值很高但规模较小且竞争激烈。目前，国内外相关研究团队和企业利用电化学法或化学气相沉积法（CVD）将CO2合成碳纳米材料，这也成为煤电行业实现碳中和的有效路径，并提供可持续的经济基础。

CO2制备碳纳米管

【矿化·价值归属】

综上所述，以“上帝视角”纵览“CO2转化利用金字塔”：高层技术路径开辟出全新技术概念和高附加值产品，但因其较高技术成本和有限市场需求限制了大规模产业化应用。

CO2矿化利用等中低层技术路径产出的绿色建材产品既有一定的附加值，又可以实现CO2的大规模利用。其技术成熟度和产品需求量高并且实现了大批量固废的协同处理，已占据CO2转化利用市场的半壁江山。是当前煤化工、电力、钢铁等高碳排放产业的碳减排及零排长期发展的一种行之有效的解决途径！