在过去的几十年里，全球能源、农业、林业、工业等领域的快速发展导致二氧化碳排放量急剧攀升，目前年排放量已突破340亿吨。为应对这一挑战，碳捕集与封存（CCS）技术被视为减排的重要手段，但其在地质储存环节面临高成本、泄漏风险及地质条件限制等现实问题。相比之下，碳捕集与利用（CCU）技术通过将二氧化碳转化为高附加值化学品和清洁燃料，不仅能够实现碳减排，还能创造经济效益，因而成为更具前景的解决方案。相较于传统碳基原料，二氧化碳的转化利用可显著降低生产成本并减少环境足迹，这使得二氧化碳资源化利用成为当前全球科研与产业界共同关注的重点研究方向。
甲醇是全球产量最大的基础化学品之一（年产量约1.5亿吨），其工业生产主要通过合成气（成分为氢气、一氧化碳及少量二氧化碳）催化合成。目前，合成气制备的主流工艺是甲烷蒸汽重整（SMR），该方法在750-900℃高温下通入过量水蒸气，生成高H₂/CO比的合成气。此外，烃类或煤炭的自热重整、生物质气化等技术也可商业化生产合成气。然而占主导地位的甲烷蒸汽重整技术存在能耗高（需持续高温维持反应）和碳排放量大等显著缺陷。此外，甲烷蒸汽裂解所产合成气中的氢气与一氧化碳的化学计量比通常在2.9-3.10范围内，这对于甲醇合成并不理想。合成气中氢气含量过高会导致原料损失、增加能源消耗，从而显著提高甲醇生产的成本。从这个角度来看，一种有前景的生产方法是在高效催化剂的参与下将二氧化碳氢化为甲醇。二氧化碳氢化为甲醇的工艺的发展既能减少温室效应问题，又能有效提高二氧化碳的利用率。将二氧化碳捕获与氢化相结合可以同时改善该工艺的经济性和环境性能。
图1创新中心进行二氧化碳绿色制甲醇研究所使用的装置原理图
吉利创新中心深耕绿色甲醇制备技术多年，目前使用的催化剂主要为铜基催化剂，通过图1所示的方法将二氧化碳转化为甲醇，甲醇总的转换率接近100%，具备商业化前景，目前已经进入中试阶段。在铜基催化剂上的甲醇合成有两种机制：甲酸盐机制和羧酸机制。在甲酸盐机制中，二氧化碳被氢化形成甲酸盐（HCOO）。
CO2+H ↔ mono−HCOO
mono−HCOO ↔ bi−HCOO
然后，HCOO与吸附在催化剂表面的氢发生反应，可能形成两种产物：H2COO和HCOOH。
bi−HCOO + H ↔ H2COO
bi−HCOO + H ↔ HCOOН
但需要指出的是，与H2COO的形成相比，HCOO的形成在能量和动力学方面更具优势。接下来的步骤是将H2COO或HCOOH加氢转化为H2COOH。
H2COO + H ↔ H2COOH
HCOOН + H ↔ H2COOH
随后，通过断开C-O键形成H2CO。在最后阶段，观察到H2CO的加氢转化为甲氧基H3CO，以及H3CO转化为最终产物甲醇CH3OH。
H2COO ↔ H2CO + O
H2COOH ↔ H2CO + OH
H2CO + H ↔ CH3O
CH3O + H ↔ CH3OH
在甲醇生产的羧基反应机制中，二氧化碳被质子化为反式羧酸的形式，在这种形式中，反式羧酸中的羟基原子朝向催化剂表面。
CO2 + H ↔ trans−COOH
trans−COOH ↔ cis−COOH
trans−COOH + H ↔ COHOH
COHOH ↔ COH + OH
COH + H ↔ HCOH
HCOH + H ↔ H2COH
H2COH + H ↔ H3COH
然后，羧酸与吸附在催化剂表面的氢发生作用，转化为二碳烯烃COHOH，进而分解为COH和OH。通过三个步骤对COH进行氢化可得到甲醇。
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