CO2资源化利用热点频现
中国气协二氧化碳专业委员会副秘书长 薛定
1．焊接保护剂
CO2保护焊接具有生产率高、焊接低合金钢不易产生冷裂纹、焊接变形小、焊接电弧可见性好、操作简单和成
本低等优点。与手工电弧焊相比，自动CO2气体保护焊接的功效可提高2~5倍，半自动可提高1~2倍，能耗下降
40%~50%。由于CO2气体保护焊可选不同厚度工件的各种位置的焊接，便于实现自动化生产，如今CO2保护焊接已经
逐渐取代了手工电弧焊成为焊接方法的主流。
2．啤酒饮料
CO2可用作汽水、啤酒、可乐、碳酸饮料等充气添加剂，使水溶液呈弱酸性，赋予饮料特殊口味，带来清凉舒
爽的感觉，并能提高防腐性能。啤酒饮料等也是食品级CO2最为重要的应用领域，美国人均消耗饮料为147kg/a，
全球的饮料人均消耗量为21.3kg/a，而我国人均消耗量比较低。近几年随着国外饮料集团在我国的落户以及我国啤
酒饮料业的迅速发展，国内对CO2的消费量得到了较大提高。
3．食品行业
目前国际上在食品加工行业中广泛采用液体CO2、干冰速冻、CO2气调法贮存食品，使保存期延长且味鲜如初，
同时起到抑制细菌和防霉的作用。作为农业大国，我国的食品冷冻、冷藏、保鲜、薰蒸是CO2的一个巨大潜在市场。
4．油田驱油（EOR）
利用CO2提高油田采油率，特别是经过一次及二次采油后的衰老油井，通过压入CO2对残留在油岩中 60%～70%
的油可进行第三次开采。胜利、辽河、吉林、新疆等油田在CO2驱油技术上取得了重大突破，为推广应用奠定了基
础。
随着新一代CO2-EOR技术的开发和应用，将大幅拉动CO2的延伸产业链。据报道，美国采用新技术后，原油采
收率由33%提高到了60%以上。
5．干冰清洗
臭氧层破坏是目前面临的全球性环境问题之一，我国于2000年开始在清洗行业推行消耗臭氧层物质(ODS)淘汰
计划。干冰清洗以其干式、无毒、无二次污染的清洗特点，在轮胎、铸造、塑料、橡胶等领域中发挥了重大作用，
并进入到人们的日常生活，成为清洗行业ODS淘汰计划中重要的技术选择。
6．其他物理应用
烟丝膨化剂 使用液体CO2用于烟丝膨化处理的香烟烟丝蓬松度和柔软度更均匀，膨化过程中又能有效带动出
烟油及尼古丁等有害物质，不仅改善香烟口感，提高香烟等级，还能大幅节约烟丝用量。
制冷剂 CO2作为制冷工质在环保、安全性及容积制冷量等方面具有明显的优势，逐渐成为一种比较理想的环
保制冷剂，目前已广泛应用于汽车空调、船舱空调以及热泵热水器、热水系统。
超临界萃取剂 超临界萃取已成为一门新兴的化工分离技术，目前已成功应用于食品、医药、香料及保健等行
业。
CO2制植物气肥 加大植物生长空间中的CO2浓度，增加植物的干物质，从而可达到增产的目的。目前，我国
许多省已推广应用CO2气体肥料技术，来提高大棚蔬菜优质、高产水平。
另外，CO2还是一种安全、环保的发泡剂，使用CO2发泡剂生产的发泡包装物具有更好的延展性、不易折断和
更长的使用寿命；还可以利用CO2的惰性做灭火剂；以CO2与金属或非金属氧化物为原料生产无机化工产品；利用
CO2生产白炭黑和硼砂等。
7．CO2直接加氢合成甲醇
由CO2加氢制备甲醇是当前人们的关注点之一，日本在该领域处世界领先地位。该工艺关键是催化剂的研究，
近年主要集中在催化剂的改进上，包括添加辅助元素和催化剂的超细化。目前，CO2合成甲醇技术研究最为成熟的
为日本三井化学，2009年该公司在日本西部大阪工厂内投运了一套100t/a的示范装置，采用氧化铜/锌/铝/锆和硅
催化剂，通过此套示范装置获得的数据，三井化学正准备建设利用该技术的大型甲醇生产装置。
目前，一个重要的问题就是H2的来源，如果能够通过太阳能而获得廉价的H2，CO2合成甲醇将会得到广泛的推
广。
8．合成碳酸二甲酯（DMC）
DMC是一种非常重要有机合成中间体，可替代光气、硫酸二甲酯、氯甲烷及氯甲酸甲酯等剧毒或致癌物，广泛
用于羰基化、甲氧基化、甲酯化及酯交换等反应，被誉为当今有机合成的“新基石”。同时，由于DMC含氧量高、相
容性好，可作为燃油添加剂来提高燃油的辛烷值。利用CO2与甲醇可催化合成DMC，其催化剂分为两类，均相反应
和非均相反应催化体系。均相催化主要有烷氧基金属有机化合物和乙酸盐、碳酸盐催化剂体系；非均相催化体系为
酸碱双功能催化剂。
9．合成脂肪族聚碳酸酯（共聚物）
脂肪族聚碳酸酯作为可完全降解的环境友好塑料，成为近年来世界化工领域令人瞩目的发展热点。日本、美国、
中国等国家已相继建成数千吨和万吨工业化/半工业化生产装置，一些更大规模的装置也开始或计划建设。此外，脂
肪族聚碳酸酯树脂的应用也取得了很大进展，已在一次性包装材料、餐具、保鲜材料、一次性医用材料、地膜等方
面获得成功应用，有潜力发展成为一种广泛应用的新材料。我国脂肪族聚碳酸酯的生产和应用已取得了巨大进步。
内蒙古蒙西集团采用中科院长春应用化学研究所的脂肪族聚碳酸酯技术，于2002年年底建成了我国第一条年产
3000t的CO2共聚物生线，其原料是一水泥窑尾气回收的CO2和环氧丙烷；江苏中科金龙化工股份有限公司采用中
科院广州化学研究所的聚碳酸酯技术，在 2008年投运了以CO2和环氧丙烷为原料、具有完全自主知识产权的2万
t/a聚碳酸酯生产线，其主要产品是聚碳酸酯多元醇；中海油和中科院长春应用化学研究所则共同出资，在海南省
东方市建了年产3000t的脂肪族聚碳酸酯工业示范装置，已于2009年初投产，产品主要用于代替目前不可降解的塑
料。
10．微藻固定CO2制备生物燃料
目前，CO2的固定主要是通过物理吸收法进行，吸收后的CO2通过陆上或海洋封存的方式与大气隔离。这种方
法存在着诸多的缺点，如空间要求高、潜在的CO2泄露危险以及目前尚不得而知的环境负面效应等。就地球的整体
碳循环过程而言，通过生物的方法固定CO2是地球上最符合自然界规律的减排方式。近年来研究者们又提出了通过
生物的方法吸收CO2后，再进行资源化利用的概念，其中利用微藻固定CO2并制备生物燃料的技术极具开发和应用
潜力，这主要是由于微藻固定CO2的能力及其通过光合作用合成生物燃料的速度远远高于传统的物质。另一方面，
由于微藻能够利用生活及工农业废水作为氮、磷和其他营养物的来源，因此利用微藻可以实现废水处理、CO2固定
和生物燃料合成三种过程的耦合，从而使过程的经济效益和环境效益最大化。具体而言，通过微藻进行CO2资源化
利用的过程主要包括CO2从气相向液相的传质，而后在光的作用下被微藻通过光合作用而固定，再通过一定的方式
从生成的藻体中提取产品。
11．CO2与环氧化合物合成环状碳酸酯
环状碳酸酯（cyclic carbonate）主要用于电解液、聚合物单体以及制药工业等方面，同时还是一种重要的医
药中间体，具有较高的工业附加值。CO2与环氧化物合成环状碳酸酯的反应被认为是目前最为成功的CO2资源化利
用途径之一，目前该过程已经实现了商业化生产。