CO2气体加重了温室气体的效应，然而，就是这全世界每年排放到大气中上亿吨的CO2，给化工企业带来创造新价值的巨大潜力。

世界各地企业的烟囱每年向大气环境中排出大量的CO2气体，这对于大气环境是非常不利的，这些CO2气体加重了温室气体效应，原材料没有得到充分利用，浪费了大量宝贵的能源。因此，承受着巨大石油储量压力的化工企业一直在思考：如何变废为宝充分利用对大气环境有害的CO2气体，把化工生产领域中的CO2废气转化成塑料工业企业、精细化工企业和医药产品生产企业的有用原材料。第一步的尝试已经取得了可喜的成果：拜耳材料科技公司和拜耳技术服务公司与亚琛工业大学研发成功了一种方法，能够把CO2变成有用的塑料，并将从2010年起开始工业化生产的测试。为什么CO2利用技术比工业界和专家们争论不休的CCS CO2捕集和存储技术更加吸引人呢？Daniela Kruse博士的介绍清楚回答了这一问题：“与CO2的捕集、存储相比较，CO2利用技术能够带来价值增值。”作为资深的能效科学项目经理，Kruse博士在Evonik公司下属的技术和创新公司中长期从事CO2技术的研究，例如CO2的分离技术、直接把CO2转化成有用材料的可能途径等。

专业人士认为：CO2的利用不仅仅因为能够生产出有价值的产品，而且它不像CCS捕集和存储技术那样有着一些“未知”因素。就是在Geoexperten公司内部，目前也对CO2地下长期存储而不出现泄露的可能性颇有争议；或者对几十年后存储在地下的CO2仍然保持气态、出现二次危害而存在疑虑。另外，有关环境保护的法律法规，规定化工企业采取有效措施，尽可能地减少CO2的排放。

把有害的CO2气体转化成化工企业生产所需的原材料，进行有用的产品生产的理由是非常充分的，正如德国德西玛化学工程与生物技术协会（DECHEMA）技术论坛，2008年10月讨论纪要“CO2的应用和存储”所总结的那样。然而，化工企业每年只能把工业企业、汽车和采暖领域中排放总量中的30吉兆吨CO2利用起来。Kruse女士说：“我们的远景规划是：至少把化工生产领域中多产生出来的CO2重新利用起来。”按照今天的计算，化工领域中每年产生的、可供化工产品生产使用的CO2约为4亿t,, 已经有些化工产品能够利用CO2气体为原材料来生产了，例如：尿素化肥、阿司匹林的原材料和聚碳酸酯塑料。Evonik公司介绍说：CO2利用的远景目标是生产不同新型合成塑料材料的C1-Baustein原材料。

使惰性分子活跃起来

除了可以利用的CO2量较少以外，另一个关键问题就是这种分子惰性太强，不愿意与其他化学元素化合。为了使CO2分子“愿意”与其他化学元素进行反应，必须采取一些“强硬的特殊手段”，例如对CO2施加很高的能量，促使其活跃起来。Kruse女士概括说道：“经过这种热动力学的处理之后，可以从废气中取出CO2元素。”高能反应，使其不像环氧化物那样的环状分子结构，非饱和化工原材料和氢等都能够帮助这些分子活跃起来。

由于催化技术能够帮助化学反应过程使用更少的活性能，使分子惰性活化的门槛有所降低，从而最终使人们利用CO2生产化工产品。南德化工公司催化技术研发的全球负责人Marvin Estenfelder博士，指出了一个需要思考的问题：“催化技术无法绕开热动力学，它只能小批量对CO2气体进行转换，使其能够发生反应。”因此，对于每一种具体的CO2应用都应事先核实一下，投入和收效的比例是否合算。因为许多CO2合成的核心工艺过程在其他工艺阶段会带来很高的费用压力，实际上是把问题转移到了其他地方，这一点在以CO2为原材料的尿素合成过程中表现的最为明显。实际上，它几乎不能算是一种减少CO2的方法，因为它虽然能够消耗1摩尔质量的CO2，但生产出来的只有半摩尔质量的产品。为什么会是这样呢？哈布二氏法能够说明问题：为了获得合成尿素所需的氨，人们需要使用氢元素；而氢元素的合成产生1.5摩尔质量的CO2。在国家推动的H2ECO2项目的框架内，Evonik公司参与了合成氨生产过程中可再生能源氢的生产。Kruse女士说：“这样，人们首次解决了氢的问题，而且也没有CO2的问题了。”

CO2的来源和它的纯度也有着重要的决定性因素。据Kruse女士介绍：“根据所采用的CCS技术不同，采集到的CO2浓度最多可达99％。按照今天的科技水平，这一纯度也是我们后续使用所需的纯度。”这也是为什么一切都不断变得更好的原因之一，基于这样的纯度，我们完全可以利用这些气体了、不必把它们不加利用的就地烧掉了。

相对纯净的CO2提供了很好的生物技术性能，在某些应用场合中甚至可以把排放出来的废气直接加以利用。高纯度和高浓度的CO2气体也可以在化工生产流程中得到使用，例如在合成氨和环氧乙烷合成中——正如DECHEMA专题讨论纪要中所介绍的那样——每年产生至少1.2亿t的CO2，而估计500万t的CO2可供化工生产使用。若要想得到更加纯净的废气，则首先要采集废气中的CO2气体，为利用这些CO2气体创造良好的前提条件，并尽可能地节约能源。因此，Kruse女士目前正致力于CO2的吸附技术优化，减少CO2吸附过程中的能源消耗。若搜集到的CO2不能就地继续加以利用，就需要对它们进行运输，Kruse女士估计：按照化工生产企业所需的CO2量来估算，采用货车或者船运是切实可行的。

最低底线

即便是业内乐观主义者的乐观态度有所下降时，按照Kruse女士的意见：“未来，化工企业至少能够把自己产生的CO2重新利用起来，并且全部消耗。”就算是真的只能做到这些，按当前的化工企业业内CO2使用量来计算，也会得出非常好的CO2平衡结果。无论如何，DECHEMA协会专题技术讨论纪要中所注明的数字是：若在聚合化工或者其他化工产品生产中也能使用CO2气体的话，则可以每年消耗1.78亿t的CO2气体；否则，这些CO2就要顺着烟尘排放到大气层中白白浪费掉了。然而如果把这些气体转换成动力燃料，至少需要10倍的量。

“我们的远景规划是：至少把化工生产领域中多产生出来的CO2重新利用起来。”
—— Daniela Kruse博士，Evonik公司资深项目经理

CO2利用中的催化技术

南德化工公司负责其全球催化技术研发的负责人Marvin Estenfelder博士认为，在化工技术领域中，可再生能源和CO2利用的催化技术是“相逆”的。

？Estenfelder博士，催化技术不能改变或者绕过CO2的热动力学特性问题，但至少是能够促进反应过程，适合于CO2转换的催化系统应该是什么样的系统呢？

Estenfelder博士：对于催化系统的特性来讲，从什么地方获取CO2是有着决定性意义的。例如从含有氢的烟尘中获取CO2时，对催化器提出的要求就很高：因为这些烟尘中的含硫物质和As、Hg等重金属都有可能造成催化器的损伤。因此，这里使用的催化器最重要的就是要比普通的催化器更坚固耐用一些。另外，也可以采用CO2捕获技术，单独把CO2从烟尘中分离出来，获得纯气态的CO2。

南德化工公司负责其全球催化技术研发的负责人Marvin Estenfelder博士

？哪些化学工业企业利用CO2才是有意义的？

Estenfelder博士：已经有一些成功的CO2应用领域了，例如尿素的合成。其他有意义的CO2应用领域，例如利用CO2和甲醇生产DMC不饱和聚酯团状模塑料、碳酸二甲酯等。在生产聚碳酸酯的生产中，DMC替代有毒的碳酰氯，在甲醇生产过程中，CO2的使用也越来越多。

？您预计何时可以在工业化的大批量生产过程中使用CO2？

Estenfelder博士：若从效率的角度考虑问题时，人们不应孤立地看待催化技术，因为可持续性的生产无害化的能源氢也是CO2利用的一个组成部分。在这方面，我们将进一步加大可再生能源的利用，例如风能和太阳能。另外，光学催化也是大有作为的。从这一角度出发，应从互逆的方向来考虑CO2利用时的催化技术，以便能够在明年用到CO2废气生成的原材料。