在全球碳中和目标日益迫切的背景下，如何将二氧化碳这一“废气”资源化、价值化，成为能源技术创新的重要方向。其中，将二氧化碳转化为乙醇的路径，因其兼具减碳效益与产能潜力，正受到学术界和产业界的高度关注。

相比单纯捕集后封存（CCS）的做法，将二氧化碳“酿”成乙醇不仅能锁碳，还能直接产出具备成熟市场的燃料和化工原料。

更具想象空间的是，如果能将二氧化碳制乙醇技术无缝嵌入现有乙醇发酵—蒸馏生产线，作为“第二反应器”回收发酵尾气，甚至利用外部烟道气，将有望为传统乙醇工厂再添一条低碳增产通路，在不大幅改造硬件的前提下，提升乙醇工厂的减碳水平。

当然，要让这条“以废制能”的赛道真正从实验室跑进工业现场，还需跨越催化体系选择、反应路径调控、经济性验证等多重关卡。以下，我们梳理三大主流技术路线及其最新突破，解析它们如何一步步逼近商业化。

多路径并行：二氧化碳转乙醇的三类主流技术路线

当前，将二氧化碳转化为乙醇的主流路径大致可归为三类：热催化、电化学还原与光催化。

1. 催化加氢路线（热催化）

该路径通过加氢反应，在高温高压条件下促使二氧化碳生成乙醇。研究者开发出一种高效的多元素催化剂KFeCuZn/ZrO₂，在优化反应条件下（360°C，4 MPa，12 L g⁻¹ h⁻¹）实现了5.4 mmol g⁻¹ h⁻¹的乙醇时空产率（STY_EtOH）。各组分协同作用显著：钾调节催化表面电子状态，铁构建反应活性位点，铜促进乙基中间体生成，而锌则有效抑制乙醇的分解反应，提升乙醇合成效率。

2. 电化学还原路线

该路径适用于常温常压条件，能耗相对较低。最新研究表明，铜基纳米催化剂外覆一层氧化锌壳层，并在脉冲电还原（Pulsed CO₂RR）模式下工作，能够提升乙醇选择性并抑制副产氢气的生成。氧化锌的引入不仅增强了电催化反应中铜的结构稳定性，也延长了催化剂的使用寿命。

3. 光催化路径

光催化体系模拟自然光合作用，利用可见光驱动二氧化碳的转化。研究人员构建了一种基于dPCN-224(H)金属有机框架的光催化系统，能在常温常压、短至5小时的反应时间内，实现92%的二氧化碳转化效率，乙醇浓度达12.2 mmol/L。该系统还适用于直接空气捕集（DAC）中提取的二氧化碳，展现出较好的适应性和灵活性。

利用活性氧物种（ROS）激活并转化溶解态和气态的二氧化碳

技术挑战：选择性、稳定性与工业适配性

尽管多种技术路径均已在实验室中取得阶段性突破，但实现二氧化碳高效、稳定、经济地转化为乙醇仍面临多重挑战。

反应路径复杂与热力学障碍。二氧化碳分子热稳定性高、反应惰性强，实现C–C偶联形成乙醇需跨越多个中间步骤，反应路径调控难度较大。例如在热催化体系中，催化剂各元素之间的相互作用必须精确协同，否则容易生成甲烷或甲醇等副产物，降低乙醇选择性。

催化剂的寿命与系统稳定性。以电化学路径为例，尽管脉冲电还原技术提高了产物选择性，但也可能加速铜基材料的氧化与溶解。通过氧化锌包覆可延长催化剂使用寿命，但在工业级连续反应中，仍需面临长期稳定性的更严苛验证。

经济性与工业集成难度。以电化学路径为例，虽然工艺温和、能耗较低，但在实现大规模应用时需构建高效稳定的大面积电极体系，同时还涉及电解液管理、气体分离与收集等环节，整体运维成本不可忽视。

工业化探索：从试验系统到乙醇装置融合

不同于传统“碳捕集与封存“（CCS）思路，研究机构已将二氧化碳转化路径与现有乙醇生产线结合进行探索。在一种创新系统中，电解装置使用二氧化碳、水与电为原料，在室温下将二氧化碳还原为乙醇，并直接融入预蒸馏环节，构建也“循环乙醇补偿模块”。

该系统采用具备高法拉第效率的电解装置，并通过催化剂结构设计优化反应路径，已在实验中实现低成本催化剂条件下的乙醇生成。研究者指出，这种系统若能扩展应用，有望缓解使用低乙醇浓度发酵原料时所面临的蒸馏成本高、收率低等问题，有助于推动非粮生物质原料的规模化应用。

尽管二氧化碳转乙醇的产业化路径仍处于早期，但其在绿色能源、碳减排与循环经济中的作用备受关注。未来的研究重点或将聚焦于：

反应路径调控与催化剂筛选，以提升C–C偶联效率；

电解系统模块化设计，简化工业接入；

能耗与经济模型优化，强化与可再生能源协同；

二氧化碳气源多样化利用，如直捕空气（DAC）适配。

二氧化碳还原为乙醇的过程不仅是科学层面上的机制突破，更为发展绿色化学与可持续燃料提供了又一个值得探索的方向。这种“以废制能”的思路，正逐步从实验室走向产业前沿，并可能成为未来工业碳循环体系中的关键一环。