范淑櫻編譯
利用導致全球暖化之二氧化碳的「碳循環」(Carbon Recycle)現已為各方關注的焦點。對於以回收二氧化碳做為原料製造化學品的「碳捕集與再利用技術(CCU)」，希望減少化石資源依賴的化學、材料產業亦關注其潛力而相繼投入研究開發。在可預見的未來，曾經令人憂心的二氧化碳將可望轉換為有用的原料。
例如日本三井物產即與丹麥再生能源開發商European Energy共同推動次世代原料製造計畫，將在丹麥南部的農業地區Kasso建設以永續製法生產「綠色甲醇(e-methanol)」的工廠。
「e-methanol」係以再生能源產生的電力製造綠氫，並與生物質由來的綠色二氧化碳合成後製造低碳甲醇，可望成為地球友善的次世代燃料或化學品原料，因此預期未來需求將有大幅增長。
此項事業計劃將建置304 MW的太陽能發電、水電解、甲醇等設備，屆時年產能達4萬2,000噸，一年可消耗二氧化碳5萬8,000噸，是世界上第一個也是最大商業規模製造e-methanol的事業。
甲醇廣泛應用於合成樹脂、合成纖維、農藥、醫藥原料等用途，亦可應用做為燃料。三井物產等預計於2024年開始生產e-methanol，並已與丹麥貨櫃航運運輸集團A.P. Møller-Mærsk、玩具製造商LEGO、製藥企業Novo Nordisk簽訂了銷售契約。
為發展碳循環化學製造事業，三菱化學集團亦與INPEX、阿拉伯聯合大公國Abu Dhabi Future Energy Company PJSC – Masdar在2023年7月締結了共同調查協議，將展開以二氧化碳與綠氫由來之e-methanol為原料，經過丙烯聚合製得聚丙烯的商業規模可行性驗證。除了著手檢證氫氣生產、二氧化碳的取得及e-methanol、丙烯、聚丙烯相關製程之外，並將就事業整體的經濟效益、二氧化碳減排效果進行商業化評估。
聚焦二氧化碳再利用機制
利用二氧化碳做為化工產品原料的發想由來已久，然而全球暖化問題已經討論了30年以上，二氧化碳的利活用仍未見顯著進展。最大的因素在於二氧化碳分子的特性。碳(C)與氧(O)之間的結合很牢固，需要大量的能量才能將兩者分離並將其轉換為另一種物質。在轉換為甲醇時，與氫氣合成需要250℃左右、50～100大氣壓的高溫高壓條件，且轉換率只有20%～30%左右。
然而，甲醇做為一種用途廣泛的化學原料，是二氧化碳轉換的有力候選物質。為了達到合成製程的省能源化，三菱化學集團在2029年之前將持續推動合成壓力降至50大氣壓以下之實證；住友化學則預計在2035年前達到甲醇液化、有效率收集相關技術的實用化。
隨著各家化學、材料企業積極推動CCU技術實用化，微生物因具有能源效率、容易將二氧化碳轉換為原料等優點，因此成為二氧化碳轉換技術的黑馬而受到關注。基礎化學品係將石油來源的成分利用800度以上的溫度進行熱分解而取得，微生物分解則是在常溫常壓的溫和條件下由微生物「吃掉」二氧化碳，並於代謝過程中獲得有用的物質。目前利用基因工程有效率地透過微生物生產有用物質的研究持續推進，企業亦紛紛積極投入(表一)。
表一、CCU實用化技術開發
其中KANEKA即開發了吸收二氧化碳做為營養源，直接生產生物降解性聚合物(Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate); PHBH)的「氫細菌」。
PHBH是一種可在土壤、海水中展現出生物降解性的生物質材料，可應用於製造吸管、塑膠購物袋等用途的生物降解性樹脂。目前的製造方法是從攝取食用棕櫚油的微生物「氫細菌」體內提取蓄積的聚合物，KANEKA為了實現原料多樣化，現已展開利用廢食用油為原料的實證實驗，且完成了以二氧化碳直接生產PHBH之「氫細菌」的探索與開發。
今後KANEKA將進一步推動規模化發展，若將微生物的生產性提高至現狀的5倍，將可望達到每公斤吸收1.8公斤二氧化碳的理論值。另將依製品用途展開3種以上微生物種的開發。KANEKA亦已預計2030年前將完成利用二氧化碳之PHBH年產能1萬5,000～2萬噸量產體制的建置。
另有日本積水化學工業也已展開「利用生物製造技術並以二氧化碳為原料之高附加價值化學品的製品化」計畫，期建立利用微生物生產二氧化碳由來之高機能接著劑的技術。此項研究計畫與地球環境產業技術研究機構(RITE)共同執行，將確立以廢棄物處理設施排出的燃燒廢氣(二氧化碳)為原料製造高附加價值化學品的創新方法。預計將從最終廢氣中取得二氧化碳並予以濃縮，利用化學迴路(Chemical Looping)反應技術生產一氧化碳，且透過 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。