二氧化碳也能变废为宝

二氧化碳排放造成的温室效应，已经成为世界上最受关注的环境问题之一。从碳平衡观点应对全球变暖问题，主要有两大途径：一是大力推广节能减排技术，使用低碳或无碳燃料，减少温室气体的排放，实现源头控制；二是将二氧化碳看作取之不尽、用之不竭的廉价资源材料，采用化学方法将其固定为大宗化工原料，从而实现变废为宝的目标。
        目前，全世界每年有近1.1亿吨二氧化碳被化学固定，尿素是固定二氧化碳的最大宗产品，其次是无机碳酸盐，以及将二氧化碳加氢还原合成为一氧化碳。此外，二氧化碳还被用于合成药物中间体水杨酸等。
        化学方法利用二氧化碳的重点是使惰性二氧化碳活化，从而作为碳或碳氧资源加以利用，这是科技界和产业界梦寐以求的目标。根据二氧化碳分子结构特性，其化学利用不外乎两个方面。
        其一，仅作为碳资源使用。目前，利用二氧化碳合成甲醇和甲酸是该领域研究的重点。存在的问题是甲醇和甲酸的附加值不够高，制备过程和催化体系的经济性有待提高。同时该过程需要消耗大量的氢气，因而氢气来源也是制约这一领域发展的重要瓶颈之一。
        2007年11月，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室科学家杰弗里?马丁和威廉?库比茨提出了“绿色自由”概念，即生产碳平衡的合成燃料和化学品的概念，具体过程分3个步骤：第一步，利用浓碳酸钾溶液吸收空气中的二氧化碳；第二步，采用电解法把二氧化碳从溶液中提取出来，同时将水分解成氢气和氧气；第三步，将氢气和二氧化碳转化为合成燃料或有机化学品。“绿色自由”概念提出了将二氧化碳转化成汽油的设想，引起全世界轰动，但应看到它还处于概念阶段。
        其二，作为碳氧资源同时使用。利用二氧化碳和氨合成尿素是二氧化碳规模固定和利用的最成功典范，而且，以尿素为基础合成碳酸二甲酯等化学品也是化学利用二氧化碳的重要途径。
        目前，以二氧化碳和环氧化物共聚物为代表的二氧化碳基塑料已经成为研发的热点。这类塑料具有可降解的特点，有助于解决塑料“白色污染”，是世界上发展最快的塑料品种之一，在世界范围内具有3000万吨以上的市场。基于二氧化碳共聚物的生物降解塑料由于二氧化碳的重量含量超过40％，具有相当的成本优势，若能进一步改善塑料的性能，不仅有助于解决生物降解塑料的高成本问题，还将成为生物降解塑料的主导品种之一，为二氧化碳的化学固定提供了一个新的思路。目前，日本的新能源和产业开发综合部正在支持企业实现二氧化碳基塑料的产业化，德国南方化学公司和美国Novomer公司也在建设二氧化碳基塑料生产线。
        此外，二氧化碳的生物转化也越来越受重视。可利用二氧化碳养殖生长周期短的植物生产液体燃料，或养殖藻类生产生物燃料，尽管该技术尚处于发展初期，但已经引起各国广泛关注。
        除了化学固定，二氧化碳还有与人们日常生活密切相关的许多物理利用，现每年用量高达1800万吨，主要用于碳酸饮料、焊接保护气、烟丝膨化剂、灭火剂等。物理利用在原料和能耗上对自然界的碳平衡是有贡献的。
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