有沒有哪些方法能夠把無機碳變為有機碳，比如說把 CO2 變成甲烷或者甲醇？

01-05

植物除外

謝邀，還真有：人工光合作用。

先解決你的問題：

最簡單的一個例子是格利雅試劑和二氧化碳加成，這樣可以把鹵代烴轉化成羧酸。

至於二氧化碳直接轉化成甲醇。大家都知道，合成氣是一氧化碳和氫氣用來合成甲醇，但是在一個生產甲醇的工段里，二氧化碳是可以變成合成氣後再轉化為甲醇的：

對於一個甲醇合成廠，有空氣分離工段，煤氣化工段，耐硫變換工段，低溫甲醇洗工段，甲醇合成工段和四塔精餾分離工段。對於煤氣化工段出來的粗合成氣中雜質太多（二氧化碳，硫化羰，一氧化碳，氫氣，二氧化硫等），經過一步低溫甲醇洗和耐硫變換提煉成精合成氣，在低溫甲醇洗工段中二氧化碳被精餾回收，重新回到煤氣化工段，利用C+CO2→2CO進行轉化，這樣可以說二氧化碳也間接合成甲醇了。

不過最近貌似美國南加州的一個科研團隊實現了二氧化碳直接製備甲醇：

不過合成甲烷還是有點問題的，現在科學家還在解決這個問題。

人工光合作用呢？

二氧化碳，對我們來說是一個非常好的碳源，如果能將它固定下來，轉化成有機物，那再好不過了。

這裡要打個廣告了，我工的呂小兵老師課題組～二氧化碳固定做出了很多的貢獻！以下內容來自大工新聞網。

二氧化碳是主要的溫室氣體，也是自然界最重要和最豐富的碳源。因此，化學固定二氧化碳是各國科學家普遍關注的課題。然而，由於二氧化碳的高熱力學穩定性，使其難以活化轉化為有用的化學品。近日，大連理工大學精細化工國家重點實驗室「小分子活化與仿生催化」教育部創新團隊探索出化學固定二氧化碳新方法，成功設計出結晶梯度聚碳酸酯，提高了二氧化碳的使用範圍。

團隊的劉野博士、破格副教授任偉民博士和呂小兵教授緊密合作，通過他們創製的手性優勢雙核鈷催化劑，高活性與高對映選擇性實現了二氧化碳與各種內消旋環氧烷烴的不對稱交替共聚合反應，聚合產物的對映選擇性高達99%，獲得了各種結晶性的二氧化碳共聚物。成功設計出一類新穎的結晶梯度聚碳酸酯，其熔點溫度可在一定範圍內調節，大大拓展了二氧化碳的使用範圍。相關研究工作以題為「Crystalline-gradient polycarbonates prepared from enantioselective terpolymerization of meso-epoxides with CO2」的通訊形式發表在Nature Communication 。

儘管部分手性聚碳酸酯是結晶的，但仍有很多是完全無定型的。研究團隊發現不管是可結晶還是無定型的，具有相同結構但不同構型的手性聚碳酸酯經簡單的自組裝，可以形成高結晶性聚碳酸酯，耐熱性能明顯提高。相關研究工作以題為「Crystalline Stereocomplexed Polycarbonates: Hydrogen-bond Driving Interlocked Orderly Assembly of the Opposite Enantiomers」發表在Angew. Chem. Int. Ed. ，並被該雜誌選為VIP文章。

該研究組還創新性提出並實現了具有不同結構和不同構型的手性聚碳酸酯經過簡單的自組裝，也可以形成高結晶性的聚碳酸酯。相關研究工作以題為「Crystalline Hetero-stereocomplexed Polycarbonates Produced from Amorphous Opposite Enantiomers Having Different Chemical Structures」即將發表在Angew. Chem. Int. Ed. 。

他們還詳細研究了手性優勢雙核鈷催化體系在二氧化碳與內消旋環氧烷烴的不對稱交替共聚合過程，提出了分子內雙金屬協同催化聚合物鏈增長的不對稱共聚合機理。

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看暈了吧。具體意思是說，環氧烷烴和二氧化碳有一個開環的反應，利用這個反應可以實現二氧化碳的固定。一般做成碳酸酯類或者其他的聚合物等等。呂老師課題組做這方面做的非常多而且很多已經工業化，目前二氧化碳捕捉率能達到6個9。

至於為什麼叫人工光合作用，這是因為光合作用會吸收二氧化碳轉化成有機物，而我們人類用化學合成的當時把二氧化碳同樣固定下來，就叫人工光合作用。除此之外，人工氮循環也在研究當中，這個不具體說了。

有答主提到化工法，正好補充一下純微生物法，無毒節能。

（1）有一種細菌叫做 產甲烷菌： CO2+H2----CH4+H2O，能利用CO2作為碳源直接合成甲烷，常見於污水處理廠的厭氧消化池（圖侵刪），如下的蛋蛋們，這些蛋蛋們就是厭氧消化池（為什麼做成這個樣子我也不知道，好像是共識），用於消化掉過多的污泥，減少污泥固體含量。甲烷產率也很高，能抵消70%左右的用於供給厭氧池的能量。

池子中整條反應鏈為：複雜大分子被一些微生物水解成小分子氨基酸脂肪酸等，再由厭氧發酵菌發酵成CO2, H2，乙酸等更小分子，最後產甲烷菌利用二氧化碳和氫氣，或者乙酸合成甲烷。整個池子就是一個協同共生的生態系統 1。

（2）當然所有的自養型微生物都能利用無機的CO2合成有機物，不過不是甲烷那麼簡單了。像硝化菌，自養反硝化菌都是利用CO2合成細胞物質（有機）

圖中的C5H7O2N既是簡化的細菌的分子式 2。細菌所有的代謝中產生的有機物也是來自於CO2，裂解死亡的時候也會釋放很多有機物。

（3）最新的研究寵兒藍藻細菌（cyanobacteria）可以說是未來新能源的走向之一。它們能進行光合作用將CO2+H2O轉化成含有16個碳左右的脂肪酸，適宜的光照，合適的溫度，有水有二氧化碳它們就能生產，是目前市場上的第四代biofuel (生物能源）的主要來源。雖然貴（提純效果需要優化），但是還是很有前景的。

實驗室規模（lab scale）

中式規模(pilot scale) 反應器，看上去很綠。1. Madigan, M. T., Martinko, J. M., Bender, K. S., Buckley, D. H., Stahl, D. A. (2015). Brock biology of microorganisms (Fourteenth edition.)

2.Rittmann, B.E. and McCarty, P.L., Environmental biotechnology: principles and applications. 2001. New York, USA: McGraw-Hill Series in Water Resources Environmental Engineering, 173, pp.569-570.

在石化工業通過高溫催化的前面有人提過了，再舉一個前景。

二氧化碳的電化學還原。

室溫常壓，給電極加一個特定的電位，然後通入二氧化碳，就可以得到甲烷或甲醇等等有機物。

聽起來很美妙是吧？But...雖然我喜歡電化學的暴力美就是強行逆轉熱力學，動力學怎麼辦？？

你可以給電極加很負的電位，從而讓反應的熱力學更加自發——但是別忘了能從電極上拿電子跑的還有大把的水（合氫離子）！於是咕嚕咕嚕的冒出來全是氫氣，搞不好還會BOOM。

而且，如果你加了很負的電位以提高動力學（Besides熱力學更自發），還原出來的甲醇還沒有石化廠的零頭，誰願意這賠本的買賣？電也是要成本的，而且效率也得考慮。

所以，這個美好的設想完全依賴於一個高選擇性、高催化活性的電化學催化劑。它要能夠優先把電子給二氧化碳而非水；它要和二氧化碳電還原過程的中間體均有合適的結合力（不然的話，如強結合的中間體CO直接毒死催化劑）。。。現在有一些實驗室確實開始了這方面的研究，有讀過一篇基於Co（這是鈷，不是一氧化碳！）的納米催化劑的文章。

然而我覺得，這個東西距離實用真是a long long distance。別說和光合作用剛正面，被現有的石化工業高溫還原法從成本和產量上吊打就註定了暫時沒有太多應用前景，So估計砸進去的funding也不會太多。好歹像氧氣電還原催化，還有個燃料電池的應用在推動，其不可替代性也不是這個二氧化碳電還原能比的。

答主做的雖然是電催化，但具體並非CO2電還原，所以回答如有不對之處請指正！

既然排除植物，那就用藍細菌吧

把CO和ethylene Oxide催化合成成propirlactone, 並繼續反應為各種有機物

催化劑是

圖源Novomer 公司。

PS,這個技術賣了一個億

CO2可以用負氫給體來還原成CH4，CO2很親電。甚至PhOH可以與其進行烯醇的親電加成反應。

想要變成甲醇，可以先變甲酸再還原。

順嘴提一句，變乙酸有一套用了很久的催化循環，用的是Ir

近來在看聚氯乙烯行業，不知道這個算不算，還請高人解答：

工業上一般使用電爐熔煉法與氧熱法，電爐熔煉法是將焦炭與氧化鈣(分子式 CaO)置於2200℃左右的電爐中熔煉，生成碳化鈣(分子式CaC2)：

碳化鈣，電石的主要成分，是無機化合物，白色晶體，工業品為灰黑色塊狀物，斷面為紫色或灰色。遇水立即發生激烈反應，生成乙炔，並放出熱量。碳化鈣是重要的基本化工原料，主要用於產生乙炔氣。

光催化還原二氧化碳，文章有很多。

我覺得吧，各位的思維可能被題主的問法限制了，不一定非要得到烴類吧，其衍生物就相對比較容易得到，比如氨基甲酸氨，尿素，光氣，氧化石墨烯之類的吧

有，然而效益不高。

直接加氫唄，幾十公斤下催化CO2直接加氫，雖然X才最多不到10……目前看工業化還有很長的路…

至於其他的……CO轉化直接費托走一波不就完了么，或者類似費托的各種體系，或者CO偶聯去草酸二甲酯然後去乙二醇

CO+NaOH→HCOONa（高溫高壓）

所以有教材說一氧化碳是甲酸的酸酐。

費托反應啊，水煤氣（一氧化碳和氫氣）催化劑條件下生成各類烴，俗稱煤制氣

有。

感覺大家回答的都是好高端的反應……

1.碳化鈣加水得乙炔。乙炔是非常重要的化工原料。其中碳化鈣可以用氧化鈣和碳高溫反應製取，而氧化鈣又可以通過灼燒碳酸鈣得到。

（這個反應現在基本不用了，雖說原料易得，但高溫條件實在是太耗能了）

2.氫氧化鈉與一氧化碳反應制甲酸鈉。

如果說以碳的無機化合物為原料，而不只是局限於二氧化碳的話，現代煤化工，或者說碳一化工就在搞這個呀。

以一氧化碳和氫氣為原料制各種有機化合物，比較成熟的有制甲烷，制甲醇，制二甲醚，制油，還在開發的有一步法制低碳烯烴(乙烯、丙烯、C4烯烴)和一步法制乙醇等等。

想了解更多可以去看一下《煤基合成化學品》。

川大的千人余達剛最近在做二氧化碳嵌入有機體系的方法學，日本理化所的侯召民也是有類似的報道

電化學或者光電化學還原，體系及催化劑的選擇很關鍵，可以生成CO、甲酸、烯烴、烷烴等產物，副產物為H2

那美剋星人

強行回答一個，前幾天才聽了一個相關講座

上海交大的一個老師，有興趣可以去看看她的工作。

我感覺這樣做不值得。還不如研究怎麼利用二氧化碳合成碳酸酯等化工原料。

二氧化碳加氫生成甲烷