8月7日，美国国家科学院发布报告《二氧化碳利用基础设施、市场及研发》[1]，探讨了CO₂利用的市场机会、现有技术的经济性和生命周期评估、研发需求、潜在的政策和监管框架等。报告还提出了CO₂利用的全面研究议程，确定了基础研究、应用开发和示范部署的研发需求。CO₂利用技术的研究需求主要包括：

1、二氧化碳矿化制造无机碳酸盐。评估并测绘碱资源及其化学、物理特性；对现有基础设施及新设施进行多方面优化，连通原料（包括CO₂和反应矿物）与CO₂矿化地点及产品市场；开展CO₂矿化新方法的基础研究和应用研究，以提高能源效率、工艺效率、产品选择性及千兆吨级放大能力；了解海洋CO₂利用对当地环境和生态的影响，并制定环境协议来评估和减轻pH值变化造成的生态环境影响；开发测试设施平台以在真实海洋条件下评估各种基于海洋的碳矿化概念和技术，同时将环境影响降至最低；开展各种电解质条件下电化学驱动的CO₂矿化的研发示范，包括催化剂开发、电化学电池设计、膜材料和整体系统工程以及与碳矿化的集成；监测碳矿化的副反应（如阳极海水氧化产生氯气）和膜污染问题（如固相沉淀），开发工具监测电极/电解质界面处的局部反应环境，并评估工艺水的可回收性；开展碳矿化结合金属回收的基础研究和应用研究，重点是节能研磨/粉碎、选择性分离、改进回收、减少排放以及系统集成和优化；开展大学-行业-国家实验室合作，快速扩大和部署具有大规模CO₂利用潜力的负碳采矿技术；CO₂生产的替代建筑材料的测试、标准化和认证体系；新型矿物碳酸盐材料的发现和表征，以实现类似3D打印混凝土等新工艺。

2、二氧化碳化学转化制造元素碳材料。开展CO₂制造元素碳产品的热化学、电化学、光化学和等离子工艺的基础研究；开展新型改良催化剂和低耗能工艺研究；开发针对特定材料形态的选择性催化剂和工艺；研究提高催化剂的活性、选择性和稳定性；研究转化过程和过程控制；开展反应的电气化和热集成研究；开发串联工艺；集成碳捕获和元素碳材料转化流程，包括改进技术集成、提高经济和/或环境效益。

3、二氧化碳化学转化制造有机物。改进CO₂热化学转化的催化活性、选择性和稳定性；探索使用替代加热方法的催化剂和工艺；研发低碳氢和其他碳中性还原剂，促进热化学转化；通过工程和系统优化整合低碳能源与高温反应系统；开发具有选择性、稳定性、对碳源中的杂质具有鲁棒性和可扩展性、适用高温低温电化学过程的非稀有元素催化剂；开发用于水氧化或替代阳极反应的非稀有元素电催化剂；开发可在较宽pH范围内发挥作用的经济型膜材料，以改善CO₂电化学转化的成本、效率和可扩展性；研究CO₂光化学和电化学转化过程的机理；开发CO₂光化学、光电化学、等离子体化学催化转化材料；研究等离子体-催化剂间的相互作用对产品选择性的影响；改进CO₂光化学、光电化学和等离子体化学转化的设备、反应器设计和反应工程，以优化性能指标并放大生产规模；开发可结合两个或多个热化学、电化学、光化学和等离子体化学过程的串联催化过程；开发CO₂捕获和转化的耦合过程；开发更广泛类别单体与CO₂聚合的快速、立体选择性催化剂。

4、二氧化碳生物转化制造有机物。研究可克服生化、生物能量和代谢限制的微生物代谢工程和代谢途径建模，从而提高光合系统、非光合系统和混合系统的效率和生产力；开发新的、更有效的基因操作工具来提高CO₂固定效率并提高对碳代谢的理解；提高酶的效率、选择性和稳定性，以及多酶代谢设计以克服光合作用、非光合作用和混合系统的生化限制；提高酶的稳定性和氧化还原平衡系统的可扩展性，以促进无细胞和混合系统的示范和工业放大；提高对电催化剂设计的基本理解，以在生物相容条件下提高效率、选择性和产品分布控制；开发与电催化中间产物兼容的微生物和无细胞系统；通过反应器设计评估来优化混合系统；开展CO₂热催化或光催化转化与生物转化相结合的可行性研究。  （邢颖）