二氧化碳氣體是主要的溫室氣體之一，截至2013年5月，地球大氣層中的二氧化碳濃度曾一度超過400ppm（百萬分之400或0.04%）。目前的濃度比工業化之前的280ppm濃度高得多，而人為因素是導致二氧化碳濃度急劇上升的主要原因。釋放出的二氧化碳中，57%進入大氣層，其余的則進入海洋，造成海洋酸化。為了減少CO2氣體的排放，對已經產生的二氧化碳氣體進行回收再利用也就勢在必行。目前已有不少科學家在著手研究這一課題，接下來紐瑞德特氣小編月月為大家介紹一下。

  要將二氧化碳進行化學反應，首先我們應了解它是一個非常穩定的化合物，因此要將之轉換成為其它有用的化學品大多是很耗能的，因此發展適當的催化劑來降低能量的耗費是很重要的。此外，如果耗費的能量是來自于天然的碳資源，那將仍然無法達到碳均衡的目的，因此透過太陽能來取得能量也是重要的方向。

  目前工業上將二氧化碳轉換所得的制品，包括一些無機碳酸鹽、尿素、水楊酸、碳酸伸乙酯(ethylene carbonate)、碳酸丙烯酯(propylene carbonate)、和碳酸酯聚合物。當然除了制造這些產品，二氧化碳還有許多其它的用途，如何擴大它的使用是一個必須走的方向。

  理想上，如果能將二氧化碳很有效率的轉換成為甲醇、甲烷或高碳數的碳氫化合物，將可達到循環使用的目的，其中甲醇更可以用來合成許多有用的有機化合物，再一度的，前提是這些轉換不能因為耗費火力發電的能源，導致更多二氧化碳的排放。上述的幾個轉換屬于還原反應，原則上可以使用氫氣以及發展適當的催化劑來達成，現在工業界使用的氫氣來源是透過甲烷的蒸氣重組反應(steaming reforming；式2)，所得到的氫氣和一氧化碳，再經過上面提及的水煤氣轉化反應(式1)得到更多的氫氣，但同時產生二氧化碳。由于甲烷的蒸氣重組 反應是個吸熱反應，相當耗能，但氫氣其實也可以透過水的電解而得，若能搭配太陽能，將會是很理想的氫氣來源；以下簡介上述幾個還原反應目前之發展。


  二氧化碳與氫氣合成甲烷或高碳數的碳氫化合物

  目前用氫氣將二氧化碳還原成甲烷所使用的催化劑，活性和選擇性最好的，應屬釕(Ru)附著在TiO2擔體上之系統。有關合成高碳數的碳氫化合物，在此先介紹費雪-闕布希法(Fischer-Tropsch process)，這是一個工業上將一氧化碳與氫氣轉換成為高碳數碳氫化合物的重要方法(式3)，常用的催化劑是鐵、鈷和釕的系統。

  由于費雪-闕布希法是已經存在的工業法，因此尋找催化系統，能將二氧化碳先轉換成一氧化碳的中間物，接著進行費雪-闕布希法，就有機會直接合成高碳數的碳氫化合物。目前鐵的系統效果最好，但產生甲烷副產物仍是主要的問題，選擇性仍待提高。


  二氧化碳與氫氣合成甲醇

  工業界合成甲醇是透過一氧化碳和氫氣反應而得，使用的催化劑是利用一些金屬搭配銅或鋅的氧化物，例如Cu/ZnO/Al2O3，反應溫度為230-280 oC，壓力為50-120atm，同樣的組合也可用來將二氧化碳還原成甲醇，但目前甲醇的產率還不夠高。雖然這種製程在三十年前就已經可行，但商轉也是到了2011年才開始出現。研究顯示催化劑擔體的型態(morphology)與催化劑的活性息息相關，化學家對此類反應的反應機構亦不斷的研究，更搭配理論計算去尋找最佳的催化劑。

  反應機制的研究顯示上例催化劑中銅是主要的活性位置，ZnO則是重要的擔體，它影響銅的型態以及穩定銅那個重要的活性型態。Al2O3則有促進活性和選擇性的效果，這可能是有助于銅的分散。