8月13日，澳大利亚联邦科学与工业研究组织发布《二氧化碳利用路线图》^[1]，指出通过开发新兴碳捕集和利用（CCU）技术，支持澳大利亚产业发展和碳减排。该路线图提出了可产生重大影响的4项CCU技术：二氧化碳的直接利用；二氧化碳矿物碳化；二氧化碳转化为化学品和燃料；二氧化碳的生物转化。针对上述领域，路线图提出了到2040年扩大CCU规模的分阶段部署优先事项，以及需要长期投入的潜在应用技术。

一、二氧化碳的直接利用

1、扩大规模的优先事项

（1）立即行动（2020~2025年）：探索碳排放点源的长期供应模式；确定农业温室集成点源碳捕集的候选场址；示范在承购商现场捕集供应二氧化碳。

（2）中短期（2025~2030年）：探索中压二氧化碳的长期供应模式；示范集成农业温室和点源碳捕集以供应二氧化碳和热量的方式；将新技术捕集的二氧化碳与现有来源混合。

（3）长期（2030~2040年）：为酒吧和餐馆等小型用户供应商业化碳捕集产品；小型温室的二氧化碳供应示范；二氧化碳点源碳捕集的商业规模集成。

2、研发及部署重点

小型模块化碳捕集、直接空气碳捕集（DAC）和净化工厂：开发模块化或小型碳捕集技术，用于中小型排放源的减排，并可将捕集的二氧化碳出售至现有市场；开发与最终用户（例如CCU中心）位于同一地点的小型DAC系统，以降低二氧化碳运输成本；开发模块化二氧化碳净化技术。

二、二氧化碳矿物碳化

1、扩大规模的优先事项

（1）立即行动（2020~2025年）：示范二氧化碳小规模矿物碳化技术；确定二氧化碳矿物碳化用户群；示范用于低风险无筋混凝土的二氧化碳固化和衍生骨料；将二氧化碳衍生骨料整合到一个或多个混凝土工厂的混凝土混合物中；确定与二氧化碳来源和矿产位置相匹配的基础设施要求。

（2）中短期（2025~2030年）：探索中压二氧化碳的长期供应模式；示范集成农业温室和点源碳捕集以供应二氧化碳和热量的方式；将新技术捕集的二氧化碳与现有来源混合；为碳排放源和最终用户确定二氧化碳矿物碳化商业产品；示范用于中风险结构混凝土（如住房）的二氧化碳固化和衍生骨料。

（3）长期（2030~2040年）：实现二氧化碳制碳酸盐产品的更大规模应用；制定各类二氧化碳矿物碳化硅酸盐骨料和混凝土的行业标准。

2、二氧化碳矿物碳化产品及其应用领域

碳酸镁：用于水泥/混凝土添加剂、防火建筑材料、食品加工、化妆品、绝缘材料、肥料、增白剂；碳酸钙：用于钢铁制造、沥青添加剂、稳定土壤、生产粘结砖块的砂浆、化学品（造纸、油漆涂料）、废物处理、食品和营养剂（牙膏、膳食补充剂、动物饲料）；二氧化硅（作为副产品）：水泥/混凝土添加剂、玻璃生产、水过滤、陶瓷生产、油漆和涂料、肥料、轮胎。

三、二氧化碳转化为化学品和燃料

1、扩大规模的优先事项

（1）立即行动（2020~2025年）：示范利用化石燃料和可再生能源来源氢气的甲烷生产设施；进行电力合成燃料设施选址的可行性研究；进行甲醇制烯烃（MTO）合成工厂的可行性研究；扩大二氧化碳合成烯烃需求；示范分布式合成天然气工厂。

（2）中短期（2025~2030年）：在工业中心建立二氧化碳合成甲醇规模化设施；扩大二氧化碳合成甲醇需求；示范将电力合成燃料加入化石燃料供应链；示范MTO合成工厂；示范将基于二氧化碳的聚合物原料集成到现有聚合物生产工厂中；建造合成天然气工厂并加入现有供应。

（3）长期（2030~2040年）：实现最佳规模的二氧化碳合成甲醇设施运行；确保满足大型合成甲醇用户需求；探索合成甲醇出口潜力；建立用于机场的电力合成燃料最佳规模设施；建立MTO最佳规模设施；探索合成烯烃的出口潜力；建立合成天然气工厂的最佳案例。

2、研发及部署重点

（1）技术改进、集成和优化。继续研究用于合成过程的新材料和催化剂，以进一步降低成本并减少原料投入和能耗。开发可能降低成本的新工艺，包括新的直接合成路线。直接合成更长的烃链，以促进成本降低并提高二氧化碳转化为燃料的整体效率。

（2）能效评估。用于化学品和燃料的CCU技术将需要转化大量二氧化碳和氢气，并进一步加工以最终实现低排放产品。需更好地评估各工艺步骤以及整个价值链的能耗和效率，以确保资源的最适当分配。

（3）开发适用于燃料和化学品合成的新兴点排放源。随着新工业工艺的发展，有可能产生适合转化为化学品和燃料的新烟气混合物。例如，以氢气替代煤炭的绿色炼钢工艺产生的烟气可能适用于甲醇生产。需进一步研究新工业系统如何与CCU集成，以降低生产成本和减少排放。

（4）开发突破性新兴技术。开发新兴合成路线和系统设计，以显著节省能耗和成本。主要技术路线包括：二氧化碳直接加氢制甲醇，当前技术成熟度（TRL）为6~7级；二氧化碳光催化制甲醇，当前TRL为2~4级；二氧化碳固体氧化物电解制甲醇，当前TRL为1级；固体氧化物电解制氢及合成甲醇集成系统，当前TRL为5~6级；固体氧化物电解制氢及费托工艺制合成气耦合系统，当前TRL为7级；二氧化碳光电化学制合成气，当前TRL为2~3级；吸收剂捕集二氧化碳和电解制合成气一体化系统，当前TRL为2~3级；太阳能热化学制燃料，当前TRL为4级；二氧化碳直接合成乙烯，当前TRL为2~3级。

四、二氧化碳的生物转化

1、扩大规模的优先事项

（1）立即行动（2020~2025年）：进行可行性研究以了解二氧化碳生物转化利基产品和大宗产品；示范用于转化少量二氧化碳的生物系统。

（2）中短期（2025~2030年）：将示范的生物反应器集成到现有工厂或工业中心。

（3）长期（2030~2040年）：针对碳排放源开发商业生物反应器产品；根据市场需求扩展生物转化产品应用。

2、研发及部署重点

（1）基因工程和合成生物学。虽然目前TRL较低，但合成生物学可以提高生产效率，并创造出能够生产各种高价值产品的微生物品种。通过基因工程和合成生物学研究，定制更高效的微生物并扩大其高价值产品的生产范围。

（2）扩大生物系统。许多系统已在实验室环境中得到验证，下一步需进行大规模系统示范。

（3）开发新兴技术。具有潜力的技术有生物电化学系统，其在电化学和生物混合系统中通过人工光合作用将二氧化碳转化为有机小分子。该技术目前处于早期实验室研究水平。

五、需长期投入的碳利用技术

除了接近商业应用的碳利用技术之外，还有许多新兴应用值得进行长期投入，主要包括两类：利用二氧化碳产品替代现有制造业原料，包括替代石化原料制成的碳纤维和炭黑，以及直接开采的石墨；将二氧化碳用于新工艺或目前难以合成的新产品，如生产石墨烯和碳纳米管，以及回收电池金属的新工艺。

具体包括如下方面：二氧化碳制碳纤维，替代当前由石化产品的聚丙烯腈或沥青生产，潜在应用包括航空航天、汽车和可再生能源领域的复合材料，以及碳纤维风力涡轮机叶片；二氧化碳制炭黑，替代当前由石化产品生产，潜在应用包括轮胎、橡胶、塑料，少量用于可再生能源技术；二氧化碳制石墨，替代当前由矿石生产，潜在应用包括电池、燃料电池、风力涡轮机的复合材料；二氧化碳制石墨烯，替代当前由各种机械和化学方法生产，潜在应用包括增强锂离子电池性能、石墨烯电池或超级电容器、风力涡轮机的复合材料；二氧化碳制碳纳米管，替代当前由石墨或含碳气体生产，潜在应用包括太阳电池和储能电池等电气应用，以及用于储氢；电池回收，利用二氧化碳将报废电池中的锂、钴等贵金属转化为碳酸盐，用于进一步回收；二氧化碳制纳米金刚石，替代当前由爆轰合成生产，潜在应用包括医学影像和检测、电化学电镀、电子和传感器。                                             （岳芳）