去年，人類活動向大氣中排放了約 320 億噸二氧化碳 (CO2)。聯合國政府間氣候變化專門委員會 (IPCC) 認為，溫室氣體排放必須在 2100 年前降至幾乎為零，以避免對我們的環境造成不可逆轉的損害。實現這一目標的最佳方法是減少我們對化石燃料的依賴，但防止我們排放的二氧化碳 (CO2) 進入大氣也很有意義。
碳捕獲和封存 (CCS) 系統的目標是將二氧化碳 (CO2) 鎖定在地下深處的多孔岩層中，但目前能源密集且不經濟。因此，注意力正在轉向碳捕獲和利用 (CCU)，其目標是將二氧化碳 (CO2) 用作原料來製造燃料、化學品和其他有用的產品。
9 月 29 日，支援創新的慈善機構 XPRIZE 基金會 宣佈，將向新的 Carbon XPrize 大賽的獲勝者頒發 2000 萬美元（1300 萬英鎊）獎金，該比賽旨在刺激 CCU 研究。參賽者將提交利用燃氣或燃煤電廠二氧化碳 (CO2) 的想法，最佳技術將在示範規模的工廠進行測試。將最多二氧化碳 (CO2) 轉化為最高價值產品的團隊將獲勝。
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任何應對氣候變化的努力都值得歡迎。但 CCU 技術的成敗不僅僅取決於創新，它完全受經濟因素的支配。
井下
化學工業每年已經使用大約 2 億噸二氧化碳 (CO2)，其中大部分與氨結合製成尿素。但是，二氧化碳 (CO2) 位於非常深的 термодинамический 勢阱的底部，將其拉出需要大量能量。如果透過昂貴的能源消耗導致額外的排放，那麼簡單地將其中的大量二氧化碳 (CO2) 轉化為有價值的東西對氣候變化幾乎沒有好處。XPRIZE 基金會是否會使用完整的生命週期評估來評判其參賽者，目前尚不清楚。
對於 CCS 而言，環境和經濟上的可持續性一直是一個棘手的障礙。從捕獲溶劑中吸收和釋放二氧化碳 (CO2) 所涉及的溫度波動通常會使工廠的燃料消耗增加 20-30%。儘管去年加拿大開設了首個商業規模的 CCS 系統，該系統被改造為燃煤電廠，但具有啟發意義的是，該專案主要由 12 億美元的公共資金支付。最終，任何幾乎完全依賴補貼的技術從長遠來看在經濟上都值得懷疑，尤其因為它容易受到政治變化的影響。看看北約克郡的 Drax 發電站如何在 9 月迅速放棄了 10 億英鎊的 CCS 系統計劃，此前不久政府結束了一項可再生能源稅收豁免，而該豁免是該公司重要的收入來源。
CCU 看起來更具吸引力的原因之一是，它製造的產品可能有助於支付捕獲其原料碳的成本。
宏偉挑戰
化學顯然在 CCU 中發揮著巨大作用——事實上，這是一項化學領域的宏偉挑戰——並且已經取得了一些值得慶祝的成功。科思創（前身為拜耳材料科技）開發了一種新型鋅催化劑，將二氧化碳 (CO2) 和環氧丙烷結合成多元醇，用於製造聚氨酯泡沫，並預計明年開始生產。生命週期分析表明，相對於傳統的多元醇生產，該工藝減少了 19% 的溫室氣體排放，並減少了高達 16% 的化石燃料消耗——在一個每個百分點都來之不易的行業中，這是巨大的進步。
但化學並非獨佔鰲頭。生物圈在將二氧化碳 (CO2) 轉化為複雜分子方面擁有數十億年的經驗，並且多家公司已經擁有示範工廠，利用藻類和藍藻製造乙醇、丁醇和許多其他產品。生物學還可以幫助提高碳捕獲本身的效率。例如，加拿大魁北克市的 CO2 Solutions 使用定向進化開發的超強碳酸酐酶，僅在碳酸鉀水溶液中每天即可幫助捕獲 10 噸二氧化碳 (CO2)。生物學家、化學家和化學工程師之間的合作可能對於使 CCU 在經濟上可行至關重要。
CCU 的一個缺點是，它的許多產品最終會將二氧化碳 (CO2) 返回大氣，無論是燃料燃燒還是塑膠降解時。沒有人聲稱 CCU 可以單獨解決氣候變化問題，但它可以幫助為改進的捕獲技術提供更好的經濟理由。
給我錢
許多經濟學家認為，全球碳價可能是執行二氧化碳 (CO2) 減排最有效的方法。透過設定全球最低二氧化碳 (CO2) 排放稅，各行業將有明確的動力投資 CCU 和 CCS 等技術。
全球稅收是否會在政治上被接受仍有待觀察。儘管這個想法在 2009 年哥本哈根氣候峰會上遭到了冷遇，但值得注意的是，中國（二氧化碳 (CO2) 排放量約佔世界四分之一）最近宣佈計劃透過 2017 年的國家排放交易計劃來設定碳價。
最終，CCU 和 CCS 等技術的希望不應阻止我們使用已經掌握的工具：稅收和市場力量。
馬克·佩普洛是一位常駐英國劍橋的科學記者