碳捕捉与封存（CCS），就是捕捉释放到大气中的二氧化碳，压缩之后，压回到枯竭的油田和天然气领域或者其他安全的地下场所。

从最初的理论实践到市场化试验，碳捕捉也正在打开一番商业化应用的图景。在距离美国北达科他州边境不远处，是加拿大萨斯喀彻温省的“边界大坝”电厂，它的其中一个发电机组每年燃烧80万吨煤，为该地区的住户和企业提供139兆瓦的电力。但是从2014年10月开始，燃烧所产生的二氧化碳有了自己的“新命运”，它们被捕获并进行压缩。改造后，这一机组可生产清洁电力110兆瓦，每年可以捕捉约100万吨二氧化碳气体，占其二氧化碳排放总量的90%。

这便是CCS——目前被广泛接受的定义是“一个从工业和能源相关的生产活动中分离二氧化碳，运输到储存地点，长期与大气隔绝的过程”。

但目前碳捕捉技术仍存在一定技术瓶颈，碳捕捉技术中的富氧燃烧捕捉技术由于制氧成本太高，导致经济成本比较昂贵；碳封存目前有地质封存、海洋封存和化学封存三种方式，其中封存后的环境风险也是人们担心的一个问题。

碳捕集听起来来前景很诱人，但它仍然只是把二氧化碳当作废弃物储存起来，在冈特生态童书《兔子的燃料》里，冈特鲍利先生，借助兔妈妈的口，提出利用生物发酵技术把二氧化碳等废气重新转化成燃料和能源，这是真的吗？ 

据《中国科学报》2015年报道，美国华盛顿大学化学教授Stuart Licht和同事在建造的太阳能反应堆，可以借用太阳光把空气中的二氧化碳——化石能源氧化后的副产物——再一次转化成燃料。这中间有几个步骤：这一反应过程中需要用到水，水可以分解成氢气和一氧化碳；然后分解物可以与液态烃燃料相混合。可以说，Licht的装置是全世界到目前为止比较有效的转化装置。

Licht的方法只是全球各个实验室利用太阳能技术进行二氧化碳转化的一个案例。

这些技术代表了一个梦想：有一天，能够绕开化石能源，从太阳光、空气和水中生成交通运输所需的燃料，从而在此过程中，摆脱掉人类因为依赖化石能源而向空气中排放的二氧化碳。

现在，这些技术尚未对石油行业形成威胁。在Licht的设计中，部分反应堆的温度高达1000℃，这一高温需要特殊材料盛放相关构件。其他的研究人员也在探索各种备选方案，研发可以利用太阳光或是其他由可再生能源驱动的、进行相同化学反应的催化剂，或是可以在室温条件下进行化学反应的催化剂。

其中的障碍之一是经济性。当前，油价依然不高，因此很难有动力采用其他高端的、成本昂贵的选择方案。但是势不可挡的气候变化及其相关效应已经吸引了全世界的研究人员探索太阳能燃料。“这是一个非常热门的领域。”加州大学伯克利分校化学家Omar Yaghi说。正如Licht的反应堆所证实的那样，相关研究在不断向前推进。“我们还没有到达那里，但是我们在向着正确的方向前进。”普林斯顿大学化学家、正在研究低温催化剂的Andrew Bocarsly说。

生物质合成气发酵燃料乙醇，是以生物质为原料生产乙醇的一种新技术，该技术结合了热化学和生物发酵两种技术。先利用气化装置将生物质气化得到合成气，这种合成气一般包含H2、CO、CO2、CH4以及少量的NOx、硫化物、C2化合物和焦油等，得到合成气后，再通过微生物发酵将其转化为乙醇。

欧美等发达国家生物质气化技术应用广泛，以发电和供热为主。美国、德国、新西兰等国家在生物质气化合成甲醇、甲烷、柴油、乙醇等燃料方面做出了很多研究，而且取得了一定的突破。

生物乙醇的合成主要有两种方法，一种是生物化学方法，一种是热化学方法。生物化学方法首先要利用酸水解、碱水解或蒸汽爆破等方法对生物质进行预处理，再对预处理后得到的可发酵糖进行微生物发酵，最后得到生物乙醇。

行气化得到合成气，再利用化学催化合成途径或微生物发酵途径合成乙醇。

生物质合成气发酵燃料乙醇在生产成本上也具有很大优势。首先，所使用的原料是随处可见的农林废弃物，如秸秆、废木料、城镇垃圾等，这些废弃生物质成本比较低。其次，在原料的预处理上，只需要简单的干燥、切割等操作，不需要酶、酸、碱等昂贵试剂，同样降低了成本。

生物质合成气发酵燃料乙醇也具有很大的环境效益，可以大幅度减少CO2和SOx 等污染气体的排放。生物质生长过程中吸收空气中的CO2，原则上等同于气化后产生的CO2，即使合成气中的CO2不被利用，也只是自然界的一个物质循环过程，不会增加大气中CO2。

生物质气化技术发展现状

生物质气化技术，可以追溯到1664 年ThomasShirley 所进行的简单的气化实验。这项技术真正受到重视是第二次世界大战爆发后，特别是20 世纪70年代的石油危机发生时期，寻找新的能源开发技术成为迫切要求。美国、日本、加拿大、欧盟等国在生物质热解气化相关技术上做了大量的研究和开发，并逐渐运用于燃气、发电、化学合成生物燃料等领域。

生物质气化是生物质原料在气体介质存在时在一定的温度、氧气等条件下使其由固态变为气态的过程，整个过程分为干燥、热解、氧化和还原。欧美等发达国家生物质气化技术应用广泛，以发电和供热为主。中国经过多年发展，气化技术也已成熟，中国科学院广州能源所、山东大学、大连环境科学设计研究院、华中科技大学等科研单位在国内分别建立了多处示范工程。

从20 世纪80 年代开始，科研工作者陆续从动物粪便( 鸡粪、兔粪等) 、农业泻湖、下水道污泥、煤浆等物质中发现了能够利用合成气生产乙醇的微生物，这些菌种都是常温菌，适宜生长的温度一般在37℃左右。

生产工艺及产业化进展科研工作者对微生物利用合成气发酵燃料乙醇做了很多的研究，包括影响生物质气化、发酵过程以及后期的物质提炼等的各个因素，以求乙醇产率得到提高，符合工业化的需要。

美国的Coskata 拥有一个年产5000 万～ 1 亿加仑乙醇的生产线，已于2009 年10 月投产。Coskata可以对包括木屑、柳枝稷、玉米秸秆、城镇垃圾、废旧轮胎等各种生物质进行气化，气化得到的合成气通过过滤器通入到发酵反应器中利用微生物进行发酵，发酵液利用膜技术分离乙醇，最终乙醇的纯度可以达到99. 7%。

 

美国BRI 公司与美国能源部合作，对生物质合成气发酵乙醇技术进行评估，于2003 年11 月在阿肯色州建立了一个示范工程，并于2005 年末开始筹建商业化运作装置。美国密西西比乙醇公司以锯末为气化原料，已经与美国能源部合作筹建甲醇合成工厂。

 

新西兰Lanzatech 公司利用工业废气、生物质合成气为原料生产燃料乙醇的公司，可以将城市垃圾、工业有机垃圾、废木料等生物质气化，使用其具有专利权的微生物能够将生物质中90% 以上的能量用于液态燃料的发酵。