问题描述
CO2是一种重要的碳资源，其资源化利用不仅有利于减少温室气体排放，且能减少化石资源利用，带来显著经济效益，符合我国“双碳”战略目标。但CO2分子热力学稳定不易活化、动力学惰性反应能垒高，如何实现CO2分子温和活化和高选择性利用，是亟待解决的关键科学难题。同时CO2转化利用可合成的化学品种类繁多、路径复杂、能量利用效率低，其规模化利用程度和经济效益是实现生态碳平衡面临的两大挑战。因此开创CO2转化合成高附加值产品的新途径，开发以CO2为原料合成高附加值化学品及高端材料是最具前景的研究方向，有望形成面向碳中和的战略新兴产业，为实现CO2大规模经济性利用提供重要技术支撑。
问题背景
CO2利用是全球重大战略问题，已被国家发改委、能源局的《行动计划》列为重点攻关任务。CO2的高值化利用，不但能降低碳排放量、减缓温室效应，而且能产生显著的经济效益，是践行低碳发展战略的重要技术选择，同时也是石油化工和煤化工等传统行业可持续发展面临的挑战，因此加快开发CO2高值规模化利用新技术显得更为必要和迫切。尤其是在石化行业，将CO2的产品链与石化产业链相结合，在实现节能减排目标的同时提高现有化工过程的经济效益。目前CO2规模化利用难的主要原因是：1）CO2分子热力学稳定、不易活化，动力学惰性、反应能垒高，反应路径复杂、反应条件苛刻；2）CO2转化利用可合成的化学品种类繁多，但存在原子利用率低、产品选择性低等问题，且产品经济性差、应用困难；3）工艺过程流程复杂，反应分离过程需多级多步，设备投资与公用工程消耗较高，转化路线难以大规模推广；4）行业上下游衔接存在“断点”和“堵点”，未形成配套齐全的完备碳链产业体系，实现生态碳平衡困难。因此，深入剖析我国CO2转化利用技术产业化现状及卡脖子问题，提出具有创新性和可操作性的技术路径和方案，形成成套技术方案，通过生态碳平衡建设，促进我国碳中和目标实现，具有重大意义。
最新进展（截止问题发布年度）
针对CO2转化分子活化难和经济性差两大挑战，国内外知名企业和科研机构均开展了大量工作，其中合成高附加值化学品和高端材料是现阶段CO2利用主要技术之一。离子液体具有的高效催化活化CO2等小分子的独特性能，为CO2绿色化工体系的构建提供了新途径，离子液体微环境构筑及调控有望实现CO2活化、定向转化及大规模利用的新突破，成为国际科学研究的热点和前沿。中国科学院过程工程研究所开发了离子液体催化CO2转化成套原创性新技术，实现了离子液体催化剂-反应器-工艺过程的系统创新，建成了25万吨离子液体催化CO2合成碳酸酯工业装置，实现连续稳定运行，碳酸酯产品达到电子级标准，经济效益好，减碳效果显著，应用前景广阔。成为绿色工程与绿色化学应用的成功范例，也为CO2大规模工业化应用奠定了基础。
重要意义
CO2高值化利用是实现“双碳”目标的重要途径。本难题取得突破后，将形成一批具有自主知识产权的CO2利用成套技术，突破关键核心技术瓶颈，新技术的大规模产业化及推广应用，将有力促进低碳甚至负碳产业链的形成，在相关工业生产领域具有重要的示范作用。以合成碳酸酯技术为例，利用工业排放的CO2生产电子级碳酸酯联产聚酯级乙二醇，利用高活性环氧乙烷诱导活化惰性CO2分子提升反应热力学驱动力，实现了原子经济性反应“固碳”，突破了CO2活化难的问题；同时新技术有效弥补传统重污染、高能耗路线的不足，实现清洁生产与节能降耗，经济效益和环境效益显著，解决了制约其大规模应用的难题。为推动国内产能扩增，支撑新能源汽车、储能、电子信息等产业发展提供了重要保障。为我国新能源发展、CO2减排开辟新途径，在能源节约、环境保护和经济价值等方面均具有十分重要的意义，具有广阔的应用前景。
