二氧化碳是主要的溫室氣體，同時也是一種取之不盡、用之不竭的廉價碳氧資源。減少二氧化碳排放甚至降低其在大氣中的濃度已成為各國共同面對的重大挑戰。利用二氧化碳合成大宗基礎化學品、燃料和高分子材料，將幫助人類擺脫因過量使用化石能源所造成的能源、資源和環境的三重困境，這一領域也因此成為科學界和產業界共同關注的焦點。

二氧化碳的化學利用是將二氧化碳轉化為大宗基礎化學品、有機燃料或者直接固定為高分子材料。目前已經實現工業化的二氧化碳化學利用專案包括合成尿素、水楊酸、有機碳酸酯、無機碳酸鹽等。二氧化碳作為能源利用，只是其利用的一小部分。

二氧化碳轉化成能源使用,在當前的社會發展中是一個最新的話題.將二氧化碳轉化成可用能源,這不僅是對環境保護,而且對現有的能源儲存不足有緩解之功效.中國煤碳消耗量每年達23億噸之多,燃煤所排放的二氧化碳廢氣近40億噸.採用技術轉化後,二氧化碳可利用率地45%~65%左右.最為關鍵的是二氧化碳不再汙染大氣層。

二氧化碳作為碳氧資源的規模化利用正處於起步階段，其障礙主要在於二氧化碳是碳的最穩定氧化態，處於較低能級，熱力學上穩定，需提供較高能量才能使其活化。

1、二氣化碳制一氧化碳

對二氧化碳轉化的技術是先將其活化,然後再經分離等步驟去實施.所生成物主要有一氧化碳與氧等多種混合氣體,經篩選後再送入燃燒爐內助燃.一氧化碳與氧的熱值也很高,利用價值前景很大.一氧化碳目前的應用是比較廣,最為突出的是體現在生活方面.秸稈氣化爐就是將其轉化成一氧化碳以充當液化氣使用；經該爐所轉化出的可燃氣體的熱值比天然氣的熱值要低一些,能作為補充燃料使用.還有一種生產一氧化碳方法,採用煤氣化床在碳燃燒時把氧與水蒸汽的混合氣體壓入氣化床內,所化合出的氣體主要是氫與一氧化碳等混合氣體.它的質量標準相對來說比發生爐產生的氣體質量要高得多.現在,已採用一氧化碳與水蒸汽反應,再經催化劑來治取氫.

2、二氧化碳制甲烷和其他低碳烷烴

二氧化碳還可以被加氫還原為甲烷和其他低碳烷烴。二氧化碳與甲烷重整製取合成氣，隨後再合成有機化學品和有機燃料，在化學工業、環境、能源等許多方面有重要價值。甲烷由於在世界範圍內在儲量以及相對於煤在經濟環保上的優勢，有可能成為石油時代後能源與化工原料的主要來源。甲烷的轉化需要氧參與，二氧化碳的轉化則需要耗氫，兩者的結合不僅是氧化反應和還原反應的結合，同時還解決了二氧化碳迴圈利用中的氫源問題。甲烷透過與二氧化碳反應轉化為合成氣，再透過費-託合成轉化為烴或含氧化合物。雖然甲烷與二氧化碳重整製取合成氣反應已經取得了很大進展，但是反應效率、反應機理、積炭等問題還有待深入研究。

3、二氣化碳制甲醇

二氧化碳催化氫化製備甲醇已被國內外廣泛研究，催化劑是推進該反應進一步發展的關鍵。目前主要的催化體系包括銅基催化劑和以貴金屬為主要活性組分的負載型催化劑。新加坡研究人員已成功開發出在室溫下將二氧化碳轉化為甲醇的工藝，日本三井化學公司2008年投資1360萬美元建設了二氧化碳轉化為甲醇的示範裝置，並於2009年3月投產，該裝置設計年產甲醇100噸。

4 、二氧化碳制二甲醚

採用二氧化碳加氫一步法合成二甲醚，不但打破了二氧化碳加氫制甲醇的熱力學平衡，使二氧化碳轉化率明顯提高，而且抑制了水汽轉換逆反應的進行，提高了二甲醚的選擇性。此外，透過二氧化碳加氫還可以合成乙醇，但是反應生成乙醇的選擇性較低，不足40%。

在催化劑作用下二氧化碳還可加氫還原成甲酸。甲酸是一種基本化工原料，並有望用作儲氫材料，製備低溫燃料電池。目前，科學界利用生物酶催化將二氧化碳還原成甲酸已經取得了一定進展，能夠在非常溫和的條件下（低溫低壓）將二氧化碳還原成甲酸，並且具有較高的產率和選擇性。

上述二氧化碳催化加氫反應的轉化率和收率普遍不高，許多二氧化碳催化加氫轉化工藝過程仍存在用能過大的問題，經常需要很高的壓力和溫度，因此與現有的化學品或燃料相比，存在明顯的經濟競爭力低下的問題。此外，對於二氧化碳多相催化加氫反應，大量廉價氫的供給是必須的，如從二氧化碳與由水電解產生的氫氣合成甲醇，其中氫氣的費用約佔80%。

目前氫氣主要是從煤氣化和甲烷的催化熱裂轉化而來，尚不能滿足大規模應用的需要。理想的製備氫氣的方法是透過可再生的能源，比如太陽能、風能和原子能電解水來實現。這樣二氧化碳轉化為燃料的過程實際上可以看作能量的儲存過程，將不宜使用、難以儲存的太陽能、風能、氫能等轉化為便於儲存運輸的低碳烷烴。這個過程可以實現二氧化碳“零排放”的目標，從而減輕當前化石燃料過度使用引起的一系列問題。

首先，二氧化碳不能轉化為能源，但可以轉化為能源物質。

二氧化碳可以與其他化學物質反應生成其他的能源物質，但是這個過程說需要吸收能量 的。

所有的化學反應都會消耗原有的物質產生新的物質。消耗舊的物質就需要能量破除原子間的化學鍵，而原子間的化學鍵斷裂後原子相互組合成新的分子形成新的化學鍵。新的化學鍵形成的過程中又會釋放能量。舉個例子，甲烷（CH4）燃燒生成二氧化碳和水：

CH4+2O2=CO2+2H2O

這個反應中，每一個甲烷分子與兩個氧氣分子，燃燒生成一個二氧化碳分子和2個水分子。斷裂了4個碳氫鍵和兩個氧分子鍵，生成了2個碳氧鍵和4個氫氧鍵，斷開化學鍵所吸收的能量低於形成化學鍵所釋放的能量，所以該反應就是個放熱反應。

對於同一化學鍵而言，其斷開所需的能量和形成所釋放的能量是相同的。那麼二氧化碳既然生成的時候是放熱，那麼斷開的時候就要吸熱，其不能作為能源。

二氧化碳是一種主要的溫室氣體，也是儲量豐富、安全的可再生碳一資源，透過化學轉化反應可實現對二氧化碳的資源化利用，將二氧化碳“變廢為寶，高值利用”，不僅可以固定二氧化碳，還可以獲得高附加值的能源、材料及化工產品，隨著生態環境急劇惡化及資源短缺日趨嚴重，利用資源、保護環境、發展綠色化學已是大勢所趨。

截至日前，二氧化碳在化學、化工產品中被用於製備高附加值化學品，如在有機合成中，它可以作為羰基化、羰化試劑等來製備多種精細化學品、燃料和基礎材料。透過固定二氧化碳實現工業化生產的化學品有尿素、碳酸酯、聚碳酸酯、甲醇、羰酸酯、氨基甲酸酯和水楊酸等。用二氧化碳來製備精細化學品有很多優勢，如：儲存、運輸以及使用相對安全，使用成本低，應用領域廣等。

值得注意的是，雖然二氧化碳在資源化利用方面已經取得了一些成績，但整體而言要實現規模產業化還存在不少困難。如，轉化利用面臨氫源、能源、成本以及高壓反應條件等挑戰，這還有賴於技術的發展與進步。

二氧化碳做能源目前主要配合其它能源如氫氣和甲烷，然後走天然氣合成油路線（GTL），主要採用費託（ Fischer–Tropsch）方法實現，具體方法可自行查詢。

另外，二氧化碳直接轉化能源，即一氧化碳的方法已經在研究，並有了初步成果。

2017年MIT的兩個博士後Xiao-Yu Wu 和 Ahmed Ghoniem，以及機械工程學院的教授Ronald C. Crane研發了一種基於膜的二氧化碳轉化技術。這種特殊的膜由鑭、鈣和氧化鐵的化合物製成，當含有氧氣的二氧化碳透過膜之後，就會在膜前產生一氧化碳，而膜後的混合離子可被用於生產氫氣和氧氣。

不過這種轉化需要比較苛刻的條件，即需要在990℃的溫度下進行，同時要保證二氧化碳氣體中混有的氧氣完全透過膜到達另一側，這個過程也需要大量的能量來維持。

另外比爾蓋茨投資的一家公司 Carbon Engineering也在開發二氧化碳的能源轉化技術。方法是先是讓含有二氧化碳的氣體透過鹼液，這樣二氧化碳就被液態介質儲存，然後透過一系列反應二氧化碳和氫結合，最後生成液態燃料。

總體來說二氧化碳作為能源使用的技術還不成熟，但是技術雛形已出現，未來發展的空間會更大。