二氧化碳能变成钻石？…炼金术士“CCU”[C-Technow]

by Kang Heejong

Published 17 Jun.2024 13:20(KST)

Updated 17 Jun.2024 13:44(KST)

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香水、香皂、乙醇、建筑材料等
碳制产品相继实现商业化
生产工艺复杂、成本高企
目前仍局限于小规模试点生产
亟需如北美、欧洲般的制度支持

2017年在纽约成立的Air Company通过捕集二氧化碳（CO2），以多种方式进行再利用。该公司先将二氧化碳转化为乙醇，再与精油或水混合制成香水。据称，一瓶50毫升的香水中含有3.6克二氧化碳。该公司的代表性产品“Air Eau de Parfum”售价比可可·香奈儿的“5号香水”高出约50%。Air Company不仅利用二氧化碳生产香水，还生产伏特加和免洗洗手液。

2020年在纽约成立的珠宝企业Aether利用捕集的二氧化碳制造合成钻石。捕集到的碳与绿色氢气结合转化为甲烷，再经过施加热和压力等的沉积工艺，重新“诞生”为合成钻石。该公司解释称，每克拉钻石可实现去除20吨二氧化碳的效果，这一数量高于一名美国人一年的碳足迹。2021年5月，该公司还首次获得了纯素（Vegan）认证。总部位于英国的Skydiamond也在利用捕集的二氧化碳制造钻石。

用碳制成的产品相继商业化…全球投资也急剧增长

为了实现碳中和（Net Zero），不仅要做到不排放碳，同样重要的是从空气中捕集碳，将净排放量降至“0”。与此相关的技术就是碳捕集利用与封存（CCUS）技术。根据捕集的碳是被封存还是被利用，又可分为碳捕集与封存（CCS）技术和碳捕集与利用（CCU）技术。

CCU是指将从发电厂或工业现场捕集到的高浓度二氧化碳转化为有用物质或直接加以利用的技术。与将捕集碳深埋地下的CCS相比，这是一项更进一步的技术。一直停留在研究开发（R&D）阶段的CCU技术，近来随着相继实现商业化而备受关注。

根据转化成何种物质，CCU可分为化学转化、生物转化和矿物碳酸化等。如果将二氧化碳作为反应原料加以利用，就可以通过化学转化工艺生产甲烷、甲醇、汽油、柴油等燃料以及基础化学品等多种碳化合物，这被称为化学转化。

美国初创企业Air Company利用碳捕集与利用技术生产的香水产品。

通过生物学方式固定二氧化碳，生产微藻生物质，并将其用作生物燃料、生物材料的，就是生物转化。将二氧化碳转化为碳酸盐形式，使其矿物化并制成化学产品的技术则是矿物碳酸化。

据韩国CCUS（K-CCUS）推进团介绍，截至2020年，全球范围内正在实施的各类CCU项目有70多个。近几年，随着全球对气候危机和碳中和的关注度不断提高，CCU开发项目和投资额也呈大幅增长趋势。

根据国际能源署（IEA）的数据，全球对利用捕集碳的相关技术的投资规模，从2015年的400万美元激增至2022年的4.84亿美元（约6650亿韩元）。这一数字约占2022年CCUS整体投资规模（包括项目开发）22.99亿美元（约3兆1588亿韩元）的21%。

美国、英国、德国等主要国家已经有部分技术实现了商业化。今年1月，彭博通讯社还介绍了包括前文提到的Air Company在内，利用捕集碳将实际产品商业化的多家企业案例。

位于加拿大卡尔加里的CleanO2利用从建筑供暖锅炉中捕集的碳生产肥皂原料。位于加利福尼亚的初创公司Newlight Technologies则直接从空气中捕集碳，将其转化为生物塑料。德国的Covestro AG利用来自化石燃料的原料，生产汽车外部零部件、医疗器械、体育场屋顶等多种碳化合物。

总部位于美国伊利诺伊州的Lanza Tech在2010年开发出利用“吃碳”的细菌生产乙醇的技术。当时这一技术并未受到太多关注，但近期因可用于可持续航空燃料（SAF）而备受瞩目。Lanza Tech已与日本多家航空公司签订燃料供应合同，其子公司Lanza Jet计划今年开始以商业规模生产SAF。Lanza Tech生产的乙醇被转化为涤纶，用于制作Lululemon的短裤、ZARA的连衣裙以及H&M的瑜伽服等。

美国珠宝企业 Aether 利用捕集的二氧化碳制造的合成钻石。

位于布鲁克林的Glenwood Mason Supply则利用捕集碳生产建筑材料。当其合作伙伴Carbon Quest从住宅建筑中捕集碳并运来后，该公司将其压缩制成类似干冰的碳粉。这一技术采用了初创企业CarbonCure的技术。

这样生产出的碳粉与水泥、沙子等混合，用于制作砖块。通过这种方式，从2020年起，该公司在砖块生产中共利用了约1000吨二氧化碳。亚马逊在2022年于纽约建设物流仓库时，采购了该公司5万块砖。

亟需政府政策支持…2030年代以后市场有望快速成长

但上述成功案例仍属少数，大多数CCU技术在商业化方面仍面临困难。据了解，即便是成功案例，也大多停留在小规模试验性生产阶段。这是因为CCU技术生产工艺复杂、成本较高，目前尚缺乏经济性。

为了让CCU开拓初期市场，政府政策预计将发挥关键作用。目前亟须公共采购、强制使用、经济激励、认证等制度性支持。

以美国为例，根据2022年实施的《通胀削减法案》（IRA），在进行二氧化碳捕集时，每吨可获得60美元的税额抵免。此外，依据2023年5月实施的“清洁燃料与产品冲刺（Clean Fuels & Products Shot）”政策，利用碳生产的合成燃料还可获得额外支持。在欧盟，根据“Fit For 55”政策，合成航空燃料的强制混合比例将从2030年的0.7%提高到2050年的28%。前文提到的CCU商业化案例集中在北美和欧洲，与上述政府政策不无关系。

未来CCU市场规模将增长到何种程度，不同分析机构给出的预测差异较大。这是因为CCU市场的明确定义尚未确立，各调查机构对产品类别的划分范围也不同。各国的温室气体减排政策也是影响CCU市场的重要变量之一。尽管如此，总体来看，业界普遍认为到2030—2040年代市场将大幅成长。

市场调研机构GCI（Global CO2 Initiative）预测，以2030年为基准，CCU市场规模将至少达到1780亿美元（约244兆韩元），最高可达8370亿美元（约1150兆韩元），二氧化碳利用规模将达到72亿吨。Lux Research则预计，到2040年CCU市场规模将达到5500亿美元（约755兆韩元）。