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摘要：二氧化碳（CO₂）的资源化利用不仅可减少温室气体的排放，还可重新获得燃料或重要工业产品，因此日趋成为研究热点，这种实现CO₂再利用的方法也被称为“碳循环”（Carbon Recycling），其作为减少CO₂的解决方案而备受期待，本文将为大家详细介绍碳循环相关内容，包括其概述、技术发展路线以及企业的举措案例。

关键字：碳循环、CO₂资源化利用、CO₂回收技术和燃料转化技术、低成本清洁氢气生产技术、碳中和

什么是碳循环？

碳循环是怎样一个过程呢？首先，让我们了解碳循环的意义和目的。

将CO₂作为资源进行回收

“碳循环”可以说是由“碳”和“回收再利用”两个部分组成。

这里所说的“碳”，指的是温室气体二氧化碳（CO₂）。将CO₂当做资源，通过回收实现有效利用，这就是碳循环。

全球变暖现象是由温室气体造成的，温室气体将来自太阳的热能量截留在地表附近，阻止其消散到宇宙。CO₂占这些温室气体的75%。

如果能够把CO₂作为资源重新利用起来，就能向削减CO₂迈出一大步。碳循环也因此受到人们的期待与关注。

倡导碳循环的背景

全球变暖等气候变化问题是全世界共同的课题，要靠各国间的合作来解决。减少CO₂是解决全球变暖问题的一个重要环节，世界各国，特别是发达国家，都制定了削减CO₂的目标并努力解决这个问题。

然而现状却是从2007年到2020年，日本的CO₂排放量一直维持在世界第五高，减碳的推行止步不前。而另一方面，日本的众多企业拥有世界顶尖的技术，其中有不少技术与碳循环有关。

在这种背景和形势下，日本在2019年意识到碳循环的必要性，并在自然资源能源厅设立了碳循环办公室，开始推动碳循环事业。

“对气候变化采取具体行动”也成为可持续发展目标之一，全世界都在不断加大对碳的去向的关注。可以预见，未来碳循环的推进将会不断加速。

各国针对碳循环的举措

实现碳循环能带来巨大的效益，对于公布了减碳目标的国家来说，更是一项不容忽视的技术。那么，世界各国都采取了哪些举措呢？

日本针对碳循环的举措

日本于2019年2月成立了自然资源厅碳循环办公室，同年6月，为落实碳循环，汇总了《碳循环技术发展路线》。

其中，关于CO₂捕集技术的发展，该文件以2030年和2040年为时间节点，分三个阶段提出了发展路线。

第一阶段：启动技术开发，抓住开发重点

该阶段目标是，截至2030年，推进碳循环相关技术的开发，推动现阶段已实现技术的进一步发展。特别是要将开发重点放在预计在2030年前后可以普及的产品上，包括通过碳循环生产的化学品、燃料和混凝土等。
第二阶段：降低成本，增加消费

该阶段目标是，对于预计在2030年可能普及的通过碳循环生产的产品，实现其成本的降低，并进一步实现消费的增加。

第三阶段：进一步降低成本并普及产品

对于预计在2030年前后会得到普及的通过碳循环制造的聚碳酸酯、生物喷气燃料和混凝土，进一步实现成本的降低。此外，预计2040年左右开始，其他碳循环产品也将开始普及，要扶植其成为具有大量需求的通用型产品。

发展计划还列举了以下四种类型的CO₂用途。

关键物质：合成气、甲醇等。
化学品：含氧化合物，如聚氨酯和聚碳酸酯。
燃料：微藻类生物燃料和生物质衍生的生物燃料。
矿物：混凝土产品和混凝土结构建筑物。

要将CO₂转化为这些用途的物质，需要在生产过程中使用能源，而如果依靠排放CO₂的火力发电来提供能源，无疑是本末倒置。

此外，一些物质的生成过程中也需要氢气。由天然气生产的氢气目前已被广泛使用，但其生产过程也需要消耗能源。

因此，不排放CO₂的零排放电能的应用，以及无CO₂的制氢技术等，此类基础技术的确立对于碳循环的实现至关重要。

海外的碳循环动向

不仅是日本，世界各国都在努力推动碳循环。

日本经济产业省和美国能源部之间已经签署了关于碳循环合作的谅解备忘录。两国计划通过该合作共享技术信息，相互派遣专家，推动联合研究。

此外，日本和澳大利亚、阿联酋之间也有其他类似的合作。

欧盟制定了一系列碳中和战略，使用碳循环技术来减少CO₂便是其中之一。碳循环的预期CO₂回收量是各种回收方法当中最大的，由此也可以看出人们对其的重视程度。

企业的碳循环案例

要想普及碳循环，首先需要产生对CO₂回收再利用产品的需求，并且建立相应的商业模式。这不仅需要政府的推动，也需要企业的积极努力。

下面将介绍一些由企业推动的碳循环案例。

开发具有经济性的CO₂回收技术和燃料转化技术

在碳循环过程中，作为前段工序的CO₂捕集与CO₂最终转化获产品同样重要。

当CO₂作为混合气体存在于空气中时十分难以利用，因此需要将其独立回收，才能有效地转化为另一种形式。然而，独立回收CO₂成本很高，是一个难题。

为此，有公司正在开发一种低成本的CO₂捕集技术，以及通过使回收的CO₂与氢气反应生产甲烷气体的催化技术。

如果该技术实现应用，就能将捕集的CO₂转化为甲烷气体并输入城市天然气管道，推进家庭和工厂的碳循环。

通过电解CO₂吸收液，实现低成本的燃料和资源转化

还有一些企业正在开发资源转化技术，通过将吸收CO₂的液体进行电解，来实现低成本的资源转化。

在降低生产成本的同时，通过销售回收再利用CO₂所生产的产品，来实现减碳活动的运营零成本。到2030年，预计每年将减少500万吨以上的CO₂排放。

通过供给电力、热能和CO₂，保持最佳环境的“智慧农业”

这是以最自然的方式使用CO₂的案例。

本案例中提出了一种新的农业商业模式，设想将CO₂用于植物光合作用，同时让农场中使用的所有能源循环起来。

为温室供热的锅炉和供电的发电机所排放的CO₂，均被送往温室并被植物所吸收，最终实现一个有光、热、及CO₂的最佳植物生长环境。

该系统已经投入使用，并生产出高糖分的迷你番茄和嫩叶菜。

确立无CO₂低成本清洁氢气生产技术

要将CO₂转化为甲烷等可用作燃料的气体，需要让其与氢气反应。电解过程和各种设备的使用过程需要电能。

氢气不仅可以直接使用，还可以作为发电的燃料，因此制氢技术对于实现碳循环至关重要。

生产这些新能源资源的最先进设备建在福岛县浪江町，受到2011年东日本大地震造成的核电站事故的影响，浪江町面临巨大的困境。

在日本政府、福岛县政府、研究机构、可再生能源行业协会以及私营企业的积极参与之下，作为“福岛新能源社会构想”的一环,建立了福岛氢能研究基地（FH2R）。无CO₂排放的制氢技术研究在这里展开。

该项目旨在运用世界上最大规模的制氢设备，将福岛打造成新能源社会的典范，从而促进福岛地区的经济复苏。

让碳循环的真正循环起来

碳循环或将成为减少CO₂排放的一个重要手段,本文介绍了碳循环的概况及相关案例。

碳循环不仅能够减少CO₂排放量，还能实现新产品的生产，不仅能够抑制CO₂的“负面影响”，更能通过新产品创造“额外价值”，可以说是最为理想的CO₂对策。

普及碳循环的前提是其相关技术和产品能够实现盈利。推进技术开发，降低成本，普及产品，最终实现CO₂的消费增加——要想形成这样的循环，就必须让相关技术和产品销售与收益挂钩。

一些公共机构和私营企业已经在开发碳循环相关技术，并向着实现碳循环社会稳步前进。碳循环是解决气候变化问题的一个非常有前景的方案，可以预见，碳循环在今后将进一步加速发展。

通过碳循环实现CO2再利用社会