去年，人类活动向大气中排放了约 320 亿吨二氧化碳 (CO2)。联合国政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 认为，温室气体排放必须在 2100 年前降至几乎为零，以避免对我们的环境造成不可逆转的损害。实现这一目标的最佳方法是减少我们对化石燃料的依赖，但防止我们排放的二氧化碳 (CO2) 进入大气也很有意义。
碳捕获和封存 (CCS) 系统的目标是将二氧化碳 (CO2) 锁定在地下深处的多孔岩层中，但目前能源密集且不经济。因此，注意力正在转向碳捕获和利用 (CCU)，其目标是将二氧化碳 (CO2) 用作原料来制造燃料、化学品和其他有用的产品。
9 月 29 日，支持创新的慈善机构 XPRIZE 基金会 宣布，将向新的 Carbon XPrize 大赛的获胜者颁发 2000 万美元（1300 万英镑）奖金，该比赛旨在刺激 CCU 研究。参赛者将提交利用燃气或燃煤电厂二氧化碳 (CO2) 的想法，最佳技术将在示范规模的工厂进行测试。将最多二氧化碳 (CO2) 转化为最高价值产品的团队将获胜。
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任何应对气候变化的努力都值得欢迎。但 CCU 技术的成败不仅仅取决于创新，它完全受经济因素的支配。
井下
化学工业每年已经使用大约 2 亿吨二氧化碳 (CO2)，其中大部分与氨结合制成尿素。但是，二氧化碳 (CO2) 位于非常深的 термодинамический 势阱的底部，将其拉出需要大量能量。如果通过昂贵的能源消耗导致额外的排放，那么简单地将其中的大量二氧化碳 (CO2) 转化为有价值的东西对气候变化几乎没有好处。XPRIZE 基金会是否会使用完整的生命周期评估来评判其参赛者，目前尚不清楚。
对于 CCS 而言，环境和经济上的可持续性一直是一个棘手的障碍。从捕获溶剂中吸收和释放二氧化碳 (CO2) 所涉及的温度波动通常会使工厂的燃料消耗增加 20-30%。尽管去年加拿大开设了首个商业规模的 CCS 系统，该系统被改造为燃煤电厂，但具有启发意义的是，该项目主要由 12 亿美元的公共资金支付。最终，任何几乎完全依赖补贴的技术从长远来看在经济上都值得怀疑，尤其因为它容易受到政治变化的影响。看看北约克郡的 Drax 发电站如何在 9 月迅速放弃了 10 亿英镑的 CCS 系统计划，此前不久政府结束了一项可再生能源税收豁免，而该豁免是该公司重要的收入来源。
CCU 看起来更具吸引力的原因之一是，它制造的产品可能有助于支付捕获其原料碳的成本。
宏伟挑战
化学显然在 CCU 中发挥着巨大作用——事实上，这是一项化学领域的宏伟挑战——并且已经取得了一些值得庆祝的成功。科思创（前身为拜耳材料科技）开发了一种新型锌催化剂，将二氧化碳 (CO2) 和环氧丙烷结合成多元醇，用于制造聚氨酯泡沫，并预计明年开始生产。生命周期分析表明，相对于传统的多元醇生产，该工艺减少了 19% 的温室气体排放，并减少了高达 16% 的化石燃料消耗——在一个每个百分点都来之不易的行业中，这是巨大的进步。
但化学并非独占鳌头。生物圈在将二氧化碳 (CO2) 转化为复杂分子方面拥有数十亿年的经验，并且多家公司已经拥有示范工厂，利用藻类和蓝藻制造乙醇、丁醇和许多其他产品。生物学还可以帮助提高碳捕获本身的效率。例如，加拿大魁北克市的 CO2 Solutions 使用定向进化开发的超强碳酸酐酶，仅在碳酸钾水溶液中每天即可帮助捕获 10 吨二氧化碳 (CO2)。生物学家、化学家和化学工程师之间的合作可能对于使 CCU 在经济上可行至关重要。
CCU 的一个缺点是，它的许多产品最终会将二氧化碳 (CO2) 返回大气，无论是燃料燃烧还是塑料降解时。没有人声称 CCU 可以单独解决气候变化问题，但它可以帮助为改进的捕获技术提供更好的经济理由。
给我钱
许多经济学家认为，全球碳价可能是执行二氧化碳 (CO2) 减排最有效的方法。通过设定全球最低二氧化碳 (CO2) 排放税，各行业将有明确的动力投资 CCU 和 CCS 等技术。
全球税收是否会在政治上被接受仍有待观察。尽管这个想法在 2009 年哥本哈根气候峰会上遭到了冷遇，但值得注意的是，中国（二氧化碳 (CO2) 排放量约占世界四分之一）最近宣布计划通过 2017 年的国家排放交易计划来设定碳价。
最终，CCU 和 CCS 等技术的希望不应阻止我们使用已经掌握的工具：税收和市场力量。
马克·佩普洛是一位常驻英国剑桥的科学记者