目前二氧化碳捕集技術的利用現狀是怎樣的，與植物吸收二氧化碳相比如何？
題主說的是「碳捕集與封存」嗎？
「碳捕集與封存」項目（CARBEN CAPTURE STORAGE），簡稱CCS。（謝謝 @Cristiano 指正！）
2017年3月底，中國首個大型碳捕集與封存一體化項目已開工建設，這一項目每年將捕集41萬噸二氧化碳。5月23日，參考消息網援引《金融時報》報道稱，中國還有7個類似項目正在籌備，未來將可儲存共900萬噸二氧化碳。
中國計劃將這些捕集到的二氧化碳，注入日益貧瘠的油田中，可以有效提高油田產量。此外，中國的科技人員們還一直在積極探索新技術，將二氧化碳泵入國內北方日益乾旱的平原地區的含水層，以獲得剩餘的水源。
這麼好的一件事，為什麼現在才開工建設？
因為有點難。
其實這個方法的思路很「簡單粗暴」，就是「捕捉」二氧化碳氣體，並把它「囚禁」起來。
總得來說，就是在需要大量燃燒能源的石化廠、發電廠、煉油廠等大型工廠中，通過化學或物理的方法，把排放的二氧化碳廢氣收集起來，通過施加8MPa以上的壓力，使其變成二氧化碳液體，再轉移到選定的地點進行封存。這一過程聽起來似乎很簡單，但CCS項目涉及了非常豐富的科學與工程技術，是目前世界上最先進的環保手段之一。
二氧化碳氣體平時都擴散在大氣中，如果要把它大量封存起來，應該怎麼做呢？
打個比方，天氣熱時，買一瓶可口可樂，擰開蓋後，一股氣流沖瓶而出。喝下一口可樂，感覺胃裡立刻有氣體往上沖，於是爽爽地打了一個響嗝。這樣爽快的感覺，你一定經歷過。可樂里的氣體，正是被壓縮溶解到可樂中的二氧化碳。既然可樂可以儲存二氧化碳氣體，那麼，把二氧化碳封存在水中，也就是順理成章的事了。
為了封存大量二氧化碳，人們選擇了遼闊浩瀚的海洋。通常是用船把液態的二氧化碳運到海洋中，再向海洋深處傾倒二氧化碳液體。當把液態的二氧化碳注入深度為200-500米的深海時，二氧化碳將上升100米左右，並全部溶解在海水中。通過這種方法，二氧化碳可以封存50年左右。
繼續往深海傾注，當注入的深度大於500米時，由於海水巨大的壓力，二氧化碳將保持液態的形式存在，但密度小于海水，有可能緩慢浮到海面並最終逸出。這個深度下可以封存二氧化碳長達200至300年之久。而當注入深度大於3000米時，二氧化碳液體的密度將大于海水密度，並自動沉澱到海底，形成一個巨大的「二氧化碳湖」。通過這種方式，將有可能讓二氧化碳在海底沉睡上千年。
海洋封存二氧化碳雖然立竿見影，但這種方法卻存在一些隱患。比如，大量的二氧化碳溶于海水，將導致海水酸化，從而對海洋中生物的生存構成威脅。另外，如果海洋升溫，或海底地質變動，都有可能使封存的二氧化碳逸出，重新回到大氣中。還有一點必須要考慮的，就是海洋上的運輸成本不菲。
如何安全、可靠、便宜地封存二氧化碳，是人們在關注環保的同時，也必須考慮的。
因此，除了海洋封存，人們還選擇將二氧化碳封存在地下。當深入地下800到1000米處時，二氧化碳即呈現出液體特性，可以被封存在地下岩石的間隙中。此類機理研究較為全面，如果天然氣能夠安全封存在地下，人們找不出其他理由為什麼二氧化碳不能老老實實待在地下。這種封存方式可以一勞永逸地把二氧化碳深埋在地下，是解決二氧化碳溫室效應的有效方案。目前，已在多個國家獲得應用。
此外，人們還將用於封存的二氧化碳液體，注入到已開採枯竭的油氣田或煤氣層中，用以驅趕岩縫中的原油或天然氣，使得這些寶貴的資源可以進一步供人類開採。通過這種廢物利用的方式，在油田或煤層氣中封存二氧化碳不僅更加安全，而且還可以為企業實現盈利。這是一種集環保與經濟於一體的可持續發展方案。
至於與植物吸收二氧化碳的比較，我們沒有做過相關分析，如果有知友做過此類計算，歡迎分享。不過目前人類排放二氧化碳氣體的速度，已經遠遠大於地球上植物吸收二氧化碳的速度。而且考慮栽種面積，想要通過大面積植樹造林來吸收掉多餘二氧化碳，似乎可行性不高。
作者：小漫科普
出品：科普中國
監製：中國科學院計算機網路信息中心
【我決定找個時間再補充一點早期的Photoelectrocatalytic reduction of carbon dioxide的內容_10_13】
這是我一直想討論的一個問題，本科的時候在老闆的實驗室做過相關的調研工作，雖然讀博以後沒又在從事有關領域，但是我也一直在關注著這方面的內容。
再次強調，未經允許本文禁止除知乎日報以外的一切媒體轉載，若需要轉載請先直接聯繫我本人，獲得授權後方可刊登，違者將依法追求其法律責任。
在本文中，我主要想從以下幾個方面來討論現有的關於Carbon Dioxide（二氧化碳）」捕集「技術：（當然，「捕集」是題主的說法，措辭上的東西我們不做深究）- 二氧化碳排放背景以及研究重要性
- 現有階段關於二氧化碳的利用途徑的構思與前沿性實踐
- 與光合作用的比較討論
- 二氧化碳利用的工業生產實例
- 更為廣闊的前景展望與可能引起的新問題
- 總結
【Carbon Dioxide排放的背景以及研究重要性】
我們先不討論二氧化碳與溫室效應之間可能的關係，僅僅從數據上來看，二氧化碳在空氣中的含量近年來的確有很大的增加量，當然也有人說這是因為我們現在處於地球生態圈二氧化碳濃度自然起伏波動的上升期的原因，我們在這裡也不排除這種說法，但還是按照大多數人的說法來討論：根據World Resources Institution的研究[1]，二氧化碳從1960年至今在空氣中的含量增長如下圖所示：
這張圖表示的是從1850年起的二氧化碳排放量，2011年的二氧化碳排放量達到了1850年的150倍。這無疑是一個巨大的差距。究其原因，相信大家都心知肚明，19世紀中葉以來，飛速發展的工業技術的應用，急劇增加的人口數量與化石燃料的大量應用，都是導致二氧化碳排放量增加的重要原因。
而近些年來，關於溫室效應的討論也一直是處於風口浪尖，有支持的，也有說陰謀論的，這不是本文主要要討論的內容，技術是獨立於意識形態而存在的。
按照比較主流的說法，空氣中過多的二氧化碳會對生態環境起到不好的作用，如何控制空氣中的二氧化碳含量？無非是兩個方面，一曰」治標「，一曰」治本「。」治本「，需要從源頭上控制碳排放，開發清潔能源；」治本「，就是對空氣中已有的過多的二氧化碳進行處理與再利用。顯然，本文討論的是」治標「的方面。問題的解決依賴於標本兼治，若欲此，非社會的各個領域協同合作不可。
【現有階段關於二氧化碳的利用途徑的構思與前沿性實踐】
在2014年，George A. Olah（1994年諾貝爾化學獎得主）在CSR（Chemical Society Reviews）上作為通訊作者發表了題為Recycling of carbon dioxide to methanol and derived products–closing the loop（從二氧化碳到甲醇及其衍生產物的循環——閉合的環路）的文章[2]。在此文中，作者給出了一幅關於二氧化碳處理與再利用的構想圖：
而更加有希望，而且更加明智的選擇，應該是CCR（Carbon Capture and recycling）技術，收集空氣中的二氧化碳，作為碳原料來進行化學上的合成，循環再利用。典型的產物有諸如甲醇極其衍生物，烷烴，一氧化碳等等，在某些精細化工合成中也有用武之地。
一個與之的類比就是Haber的拯救，或者是多養活了數十億人的合成氨技術，由於找到了合適的催化劑（最早的鐵基催化劑）實現了簡單地將空氣中的氮氣直接與氫氣合成轉化為氨氣的反應，這項技術給不同的人帶來了不止一個的諾貝爾獎。而相對應二氧化碳固定的技術，我覺得至少也是諾貝爾獎級別的研究。
二氧化碳的固定想法雖好，實際實現起來卻是困難重重，那在這裡，我首先要科普一下CCR技術的難點在哪裡：
首先我們知道，二氧化碳是生命體的代謝產物，也是含碳燃料或者有機物完全燃燒的產物，化合價為正四價，按照高中化學的說法就是形成了惰性的電子結構，化學性質非常穩定。而將其轉化的過程肯定是一個需要外界提供各種形式能量的過程（熱能，光能等等），倘若投入的能量不能明顯少於產出的效益的話，現階段是不可能有任何大規模的實際應用的。
自由能常常用來衡量一個反應自發發生與否：
△G=△E-T△S+P△V我在這裡就不具體討論公式了，有興趣的可以去查閱物理化學相關的內容。[3]總之二氧化碳的轉化是一個從穩定物質到不穩定物質的過程，一個很困難的過程。但是再困難的過程也有解決的辦法，當年合成氨技術出現之前，也覺得直接將穩定地氮氣變成氨氣是近乎不可能的，然後，由於找到了合適的Catalyst（催化劑），使得這項技術逐漸趨近成熟，並且多養活了幾十億人（應該有吧）。類似的，尋找合適的催化劑也是一個比較常見思路。
而催化領域主要又分為均相催化（Homogeneous）和多相催化（Heterogeneous）兩種。簡而言之，均相催化就是催化劑與反應物產物什麼的均勻地在分子層次上混合在一起反應，多相催化是催化劑和反應物產物在物理上接觸，表界面上發生反應。前者接觸充分，原理理解較清楚，後者易於分離處理，循環利用，各有優劣所在。
還是在George A. Olah的文章之中，他向我們介紹了二氧化碳的一些在實驗室轉化的實例考慮到這篇文章更多的科普作用，所以我們就不詳細分別討論均相和多相反應了。另外一些其他的相關文章中的例子也會放在之後的討論之中。
1.甲醇以及其衍生物
Hydrogenation（加氫）反應實際上是最早研究的一系列反應之一，我們知道，常見的化石燃料多事由碳氫化合物構成，二氧化碳裡面有碳元素，那麼只要加上氫元素，是不是又能夠成新的燃料了呢？最簡單的含有一個碳的有機物，我們知道非甲烷（天然氣）不可，那就是用二氧化碳和氫氣直接合成甲烷，再加上副產物有水就行了？實際上二氧化碳中的氧原子可以不完全跑掉，比如說得到甲醇，而一個甲醇分子之中有一個碳原子，一個氧原子和三個氫原子。甲醇衍生物一般指甲醛，甲酸，甲酸甲酯這些東西。另外，我們一般把這些只有一個碳原子的有機物叫做One-Carbon Block，起到了一種搭建更複雜的有機物的」磚石「的作用。
例如，在金屬銠的配合物或者一些其他貴金屬比如說銥，鎢甚至賤金屬鉬，鐵，鈷的羰基化合物的的催化下，經過一個瀑布型的連續催化反應，先得到甲酸，在進行酯化，最後加氫得到甲醇。
更為有趣的是，2011年Robert D.Richrdon等人在Nature Chemistry上發表了名為A renewable amine for photochemical reduction of CO2（可更新的有機胺參與的二氧化碳光化學反應）的文章。
我們知道，植物光合作用可以表示成如下圖所示：
這裡我們得到的甲醇及其衍生物，作為工業上的重要原料可以進入我們日常生活中的方方面面。
2.向甲烷前進
直接利用二氧化碳合成甲烷也是被關注的課題，在2014年的Angwandte（德國應用化學雜誌）上，Xianguang Meng等人（通訊作者為葉金花教授）發表了題為Photothermal Conversion of CO2 into CH4 with H2 over Group VIII Nanocatalysts: An Alternative Approach for Solar Fuel Production（以VIII族元素納米催化劑實現的二氧化碳與氫氣的光熱轉換合成甲烷：一種太陽能燃料的可選獲得方式）的文章。[7]
在該篇文章中，研究人員通過研究負載在氧化鋁上面的各種VIII族貴金屬催化劑對於二氧化碳轉換反應的效果，實現了二氧化碳加氫氣得到甲烷的反應。其有一示意圖如下：
這也是屬於類似的美好前景，然而依然有很長的路要走。
3.那就去掉一個氧原子吧
二氧化碳去掉一個氧原子自然也就變成了大家也是非常熟依的一種東西：一氧化碳，煤氣。但是我們知道煤氣並不是一個好燃料，但是！一氧化碳與氫氣在一定的催化劑（主要是鐵系）作用下，能夠發生Fischer-Tropsch反應（費托反應），[8]合成碳鏈較長的碳氫化合物，這是十分有意義的！去年廈門大學王野教授到中國科大作講座的時候特意談到了選擇性合成固定碳數目的碳氫化合物，因為不同長短的碳鏈往往決定了其不同的用途：是柴油還是汽油，是用於化工，或是用於航天，無限可能。但二氧化碳能不能作Fischer-Tropsch呢？有人試過也取得了不錯的結果，不過相當於是把二氧化碳向一氧化碳轉化的步驟與Fischer-Tropsch簡單地合起來了而已。
還是說到具體的例子上來，向Carbon Monoxide（一氧化碳）轉化的，這樣的文章也有很多，比如說有一種叫做DRM的反應（Dry Reforming of Methne）的方法就是專門講甲烷與二氧化碳反應得到一氧化碳和氫氣的。Devendra Pakhare和James Spivey在CSR（Chemical Society Reviews）上發表過一篇題為A review of dry (CO 2) reforming of methane over noble metal catalysts的綜述，[9]具體的細節我這裡就不給出來了。
另外一個可能更有趣的例子是，在2010年的Science上，William C. Chueh等人發表了題為High-flux solar-driven thermochemical dissociation of CO2 and H2O using nonstoichiometric ceria（通過非化學計量比的鈰土實現的高通量太陽能驅動二氧化碳與水的光熱解離）的文章，[10]器示意圖如下圖所示：
4.其他的一些奇奇怪怪的分子
在某些化學品的生產過程中，二氧化碳也能起到一些有趣的作用，比如合成丙醇，[11]二甲基甲醯胺，[12]某些羧酸，[13]草酸，[14]羰基插入反應，[15]甲基化[16]等等領域皆是如此，不過即便真真工業上技術完全成熟的話，實際意義肯定沒有之前提過的那些基本的合成過程大。我相信這些精細化工方面的東西也不是題主提問的主要初衷吧，但至少還是提出一下，而且這方面的研究比如羰基插入反應，是要遠早於上文提到各類二氧化碳收集反應的。【與光合作用的比較討論】
說實話本來不想有這一個小節的，但是看見題主問了與植物吸收二氧化碳相比如何，那我就說幾句。現階段的二氧化碳利用或者包括光解水，納米技術這些東西，都是處於一個剛剛起步的階段。二氧化碳的利用無論是從效率，條件的溫和程度，與植物的光合作用相比，都還是遠遠不及的，人類至少把酶搞清楚了再說。說實話，現階段來說，人類玩的這些伎倆與自然界千萬年來的精心雕琢相比，還是猶如嬰兒一般。
莊子有言：
秋水時至，百川灌河；涇流之大，兩涘渚崖之間，不辨牛馬。於是焉河伯欣然自喜，以天下之美盡在己。順流而東行，至於北海，東面而視，不見水端。於是焉河伯始旋其面目，望洋向若而嘆曰：「野語有之曰：『聞道百，以為莫己若』者，我之謂也。且夫我嘗聞少仲尼之聞而輕伯夷之義者，始吾弗信；今我睹子之難窮也，我非至於子之門則殆矣，吾長見笑於大方之家。」
但是這並不能阻擋我們發展科學技術的步伐，不是么？我相信總有一天，人類的技術能夠和自然形成的生命活動媲美，甚至有過之而無不及。
【二氧化碳利用的工業生產實例】
雖然二氧化碳利用的技術還處在理論探索的初級階段，但是已經有某些地方開始嘗試將其結合到工業生產之中，舉兩個典型的例子，其中比較有名的一個就是Carbon Recycling International在冰島上建造的一個實驗性的工廠，在這樣的一個工廠中，有這樣的幾個主要反應：a.用冰島本身豐富的地熱能發電
b.用電電解水得到氫氣與其他副產物c.用氫氣與空氣中收集的二氧化碳進行反應得到甲醇這樣的一個工廠，每天的產物量在十噸左右，雖然並不是很多，但這畢竟是一個帶有實驗性質的工程，已經算是一個非常成功的嘗試了，這是在George A. Olah那篇綜述裡面有提到的。[2]其照片如下：
在日本，三井化學（Mitsui Chemicals）計劃建造一個用二氧化碳與氫氣每年生產100噸甲醇的工廠，其中氫氣來源於用太陽能光解水，這兩個技術聯合起來，能有這個產量也已經是非常不錯的了，要知道冰島那個採用的還是傳統的電解水技術呢。
【更為廣闊的前景展望與可能引起的新問題】
二氧化碳轉化，生物質利用，清潔能源等等其實都是屬於綠色化學研究的領域。你們往往只看見了氰化物，看見了污染，看見了非法添加劑。君不見這些亂七八糟的東西基本上都是非化學行業的人因為追求利益，缺乏知識或者玩忽職守而造成的惡果，最後鍋都給了化學家。天津港爆炸，很大程度上不也是企業行政管理引起的么？如果他們按照化學行業制定的標準來正確存貯這些危險品，實現普及了相關知識，做到了防範於未然，問題又怎麼會這麼嚴重？當然化學家裡面也有黑心者，但那畢竟是少數。現如今化學家盡心儘力來收拾這些本不是他們砸的爛攤子，當然我們不否認這對科學技術的進步也有促進作用。若無各種各樣的問題，也許就會缺乏改良技術，新興技術的研究動力。但離開化學，人類必將寸步難行。以上只是毫無意義的抱怨罷了，我們回到二氧化碳上來，我想提出三個的問題：
a.我們做一個假設，假設溫室效應的主要成因並不是二氧化碳，那我們這樣的研究還能夠怎樣應用？
b.假設這樣的技術被應用到極限了，各個工廠瘋狂的攫取空氣中的二氧化碳，以至於影響到植物的光合作用怎麼辦？c.在人類進入星際文明之後，拋棄人類的肉體之前，這樣的技術應該怎樣在新的領域得到應用。在之前提過的Science的那篇文章中，[17]作者提到二氧化碳的固定不僅僅是一個調節空氣中二氧化碳含量的手段，更是實現了能量的轉換與存儲的過程。例如，在光化學反應中，人們以這種方式將太陽能存儲成化學能，在上文提及的冰島工廠中，主要是地熱能被轉化成了化學能，畢竟就現在看來，化學能的存儲較之熱能，風能，電能什麼的要稍微容易一點，尤其是對比較小的獨立的生態環境而言。
但二氧化碳的研究課題即使得到了突破性的進展，實現了人工光合作用，最多也只能緩解當前的問題而絕非長遠之計。何況人類也不可能長期將自己困於地球之上。對其的研究更可能是一個簡單過渡性的權宜之計，也可能在將其解決之前就在其他的能源方面獲得了更大的突破，比如說永遠還差五十年的可控核聚變。在人類自身的身體構造不發生根本的變化的前提之下，也許可以將該技術自動整合入人工生物圈的反饋調節系統之中實現動態的調控，這樣的話也不至於因為過度地消化二氧化碳而出現一些新的問題。當然，如果能夠實現的話，這也已經是很多年以後的事情了。
但是一個比較現實的問題是，在化石能源用盡之後，我們怎樣得到液體燃料？眾所周知的是，在現今的技術層面，很多領域是離不開液體燃料的，比如說航空領域。而即便我們解決了可控核聚變技術之後，也不可能馬上就實現小型化的可控核聚變模型，不是么？就像現在的核電站也是先通過燒開水的方法驅動發電機運動從而得到人們日常生活所需要的電能，這方面來說和火力發電什麼的並沒有區別。而如果要得到液體燃料（主要是碳氫化合物或其他）的話需要使用一些其他的 方法比如說一氧化碳和氫氣發生費托反應以及二氧化碳的加氫反應，這種的話實際上就是將其他形式能源中存貯的能量注入化學鍵的鍵能之中，而不是往熱能，電能方向的轉化。從這方面看，對於二氧化碳反應的研究也不僅僅是解決能源問題，更多地可能是提供了一個模板（原料甚至也不一定非要是二氧化碳），這個模板的作用就是指導人們直接將其他形式的能量快速簡便的存儲在比較輕便易攜帶利用效率高的液體燃料之中，在一程度上還是有相當大的意義的。
【總結】
總而言之，二氧化碳利用技術的研究，即便不是為了緩解溫室效應，也是具有相當大的實際意義的。考慮到這過程往往需要氫氣，又聯想到光催化，難免不讓人聯想到現在的另一個人們的研究，即催化光解水。假如我們能夠將光解水與二氧化碳加氫的光催化反應聯合起來，得到的結果實際上與光合作用非常相似，只不過生成的有機物不同罷了，甚至於與實際的光合作用相比，還有其更有優勢的地方，這應該是一個比較有趣的研究方向，值得廣大的科研工作者繼續為止不懈努力。[1] World Resources Institute[2] Goeppert A, Czaun M, Jones J P, et al. Recycling of carbon dioxide to methanol and derived products–closing the loop[J]. Chemical Society Reviews, 2014, 43(23): 7995-8048.[3] 傅獻彩. 沈文霞, 姚天揚[J]. 物理化學, 1990.[4] Balaraman E, Gunanathan C, Zhang J, et al. Efficient hydrogenation of organic carbonates, carbamates and formates indicates alternative routes to methanol based on CO2 and CO[J]. Nature chemistry, 2011, 3(8): 609-614.[5] Richardson R D, Holland E J, Carpenter B K. A renewable amine for photochemical reduction of CO2[J]. Nature Chemistry, 2011, 3(4): 301-303.[6] http://www.nature.com/nchem/journal/v3/n4/full/nchem.1021.html#auth-1[7] Meng X, Wang T, Liu L, et al. Photothermal Conversion of CO2 into CH4 with H2 over Group VIII Nanocatalysts: An Alternative Approach for Solar Fuel Production[J]. Angewandte Chemie, 2014, 126(43): 11662-11666.[8] https://en.wikipedia.org/wiki/Fischer%E2%80%93Tropsch_process[9] Pakhare D, Spivey J. A review of dry (CO 2) reforming of methane over noble metal catalysts[J]. Chemical Society Reviews, 2014, 43(22): 7813-7837.[10] Chueh W C, Falter C, Abbott M, et al. High-flux solar-driven thermochemical dissociation of CO2 and H2O using nonstoichiometric ceria[J]. Science, 2010, 330(6012): 1797-1801.[11] Ahlers S J, Bentrup U, Linke D, et al. An Innovative Approach for Highly Selective Direct Conversion of CO2 into Propanol using C2H4 and H2[J]. ChemSusChem, 2014, 7(9): 2631-2639.[12] Bi Q Y, Lin J D, Liu Y M, et al. Partially reduced iridium oxide clusters dispersed on titania as efficient catalysts for facile synthesis of dimethylformamide from CO 2, H2 and dimethylamine[J]. Chemical Communications, 2014, 50(65): 9138-9140.[13] Liu X H, Ma J G, Niu Z, et al. An Efficient Nanoscale Heterogeneous Catalyst for the Capture and Conversion of Carbon Dioxide at Ambient Pressure[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2015, 54(3): 988-991.[14] Angamuthu B, Byers P, Lutz M, et al. Electrocatalytic CO2 conversion to oxalate by a copper complex[J]. Science, 2010, 327(5693): 313-315.[15] North M, Pasquale R, Young C. Synthesis of cyclic carbonates from epoxides and CO 2[J]. Green Chemistry, 2010, 12(9): 1514-1539.[16] Li Y, Yan T, Junge K, et al. Catalytic Methylation of C? H Bonds Using CO2 and H2[J]. Angewandte Chemie, 2014, 126(39): 10644-10648.[17] Feature: There』s too much carbon dioxide in the air. Why not turn it back into fuel?補充：目前對於這個行業的術語還沒有特別統一規範，如碳捕集，碳捕捉，碳捕獲，收集，貯藏，封存，儲藏，storage，sequestration等等，所以下面的內容我也是想到哪個詞就用了哪個，不作具體區分。歡迎任何形式的挑錯，討論與補充，轉載請註明出處。
首先直接回答題主的問題。目前二氧化碳捕集技術已經逐步走出實驗室，開始向著大型試點的階段轉變，全世界有很多試點，如北歐，美國，中國。具體可以參照MIT的資料庫，雖然這個資料庫在去年停止更新了，但依舊很有參考價值。CCST @ MIT
可能是因為人們對於這項技術有誤解，所以才會拿來與植物吸收二氧化碳相比。植物所能吸收的是已經存在與大氣中的二氧化碳，範圍很廣但濃度很低，吸收過程的時間尺度很長，是自然界碳循環的一部分。而這項技術捕捉的是大型集中排放源產生的二氧化碳，如發電廠等排放的煙氣，目標十分精確，二氧化碳濃度十分高，捕集過程的時間尺度很短，避免這部分人為產生的二氧化碳排放到大氣中，是人類的一項工程技術。但其實這個比較也很有趣，它涉及到減排和負排放的概念區分，具體我將在答案的最後一部分進行討論。
正文：碳捕捉技術涉及到一系列的相關聯設施，包括捕集，運輸，貯藏等等，其他的回答已經對單項技術介紹的十分深入和具體了，我想從系統的角度談一談自己的認識。
在化學領域，僅僅單獨研究碳捕集技術，即如何將燃燒產生的二氧化碳收集起來，正如其他知友的介紹，已經產生了很多十分引人注目的成果和新的方法，在此不再贅述。同樣的在地質領域，僅僅單獨研究碳貯藏技術，即如何對收集到的二氧化碳進行地質貯藏，也是很熱門的研究領域。去年&<科學&>雜誌發表了一個振奮人心的結果，儲藏在地下的二氧化碳在一定條件下，在不到2年的時間裡即觀察到發生了礦物質化，這個結果大大增強了人們的信心，之前人們傾向於這一過程可能要花費上百年。Rapid carbon mineralization for permanent disposal of anthropogenic carbon dioxide emissions
根據巴黎協定，在2050年之前，人類要達到一定的減排目標，而其中最直接有效的技術就是碳捕捉技術。而想要碳捕捉技術真正起到效果，不單單是技術層面的問題，而是要求一系列大規模工業設施得到部署，幾乎涉及到整個能源領域，這樣一來整個系統運轉起來才能有效。
所以，從大型二氧化碳排放源捕集大量二氧化碳僅僅是第一步，研究者們不希望這個系統僅僅停留在實驗室里，而是希望整個碳捕捉系統能夠儘快得到部署，產生效果。這不僅僅是技術問題，反而更多的涉及到經濟，政策和相關法律。
目前從系統層面，這個領域有三個主要的構想：
CCS（Carbon Capture and Storage）碳捕捉與儲存
即最直接意義上的碳捕捉系統，包括從發電廠等大型排放源捕捉到二氧化碳，壓縮為超臨界流體後運輸到指定地點，注入地下後進行地質貯藏。其中大型排放源包括：火力發電廠（煤炭，重油，天然氣），鍊鋼廠，石油煉化廠等等包含燃燒過程的能源密集型產業。對於捕集技術， @Ronnie 在另一個相似問題下的回答也比較詳細了，有一點我想要強調的是，二氧化碳的捕集最優假設是90%的效率，在整個過程中總會有一部分二氧化碳逸出。同時，二氧化碳捕集過程本身也會額外耗能，產生一部分新的二氧化碳排放。此外，對於安裝二氧化碳捕集設備會導致發電廠的發電效率降低，為了維持發電量，發電所需的能源消耗也會額外增長。
對於壓縮後的二氧化碳的運輸，往往被人們一句話帶過，但這一過程其實也是不可忽視的一個環節。目前可想到的運輸形式有：管道，船舶和卡車。管道包含陸上和離岸形式，船舶運輸限定於離岸，卡車限定於陸上。其中管道運輸最為被人們看好，但要求較高的時間和金錢方面的基礎設施建設成本和運營維護，以及科學合理的優化設計管道線路；船舶運輸在二氧化碳的離岸儲存，甚至未來的全球實體碳交易方面有著巨大潛力，但受限於運輸的體量；卡車的優點在於靈活，可以滿足一些邊遠地區的小型運輸需要，但同時小型設施可能沒有進行碳捕集的必要，在此僅作為一個可選方案。至於最後的地質儲藏的相關技術， @中國科普博覽 的回答也提到了很多，不再贅述。
總的來說，根據IEA和IPCC的報告以及其他相關研究來看，目前由於技術背景和計算方式的不同，CCS技術下的二氧化碳迴避成本（cost of CO2 avoided）約為30-80美元/噸-二氧化碳。
IEA碳捕獲和存儲技術路線圖
IPCC二氧化碳捕集與儲存特別報告
CCUS（Carbon Capture Utilization and Sequestration）碳捕捉，利用與封存
在CCS的構想之上，又有人提出了CCUS的概念。即不只將捕捉到的二氧化碳視為一種廢棄物，僅僅是簡單地埋藏在地底，而將其視為一種資源，去利用起來。在二氧化碳的利用方面， @江雪隆 的回答十分超前，提到了幾個最新的二氧化碳利用技術，以及最後的討論也很引人深思。下圖總結了二氧化碳的一些常見用途。
捕捉到的二氧化碳的利用方法。來源：美國能源部，co2-utilization | netl.doe.gov
目前已經實現的是利用超臨界二氧化碳流體來強化石油採收率（CO2-EOR），這項技術已經十分成熟，網路上有很多相關研究資料，全球的許多試點也是將CCS和EOR結合在一起來探索商業化道路。還有一個方向是利用捕捉到的二氧化碳來培育微藻植物，從而產出生物質，也是一個很熱門的話題。
在這裡有一點需要注意的是，從整個碳捕捉系統著眼，一旦所有設施建立完成開始運轉，每年每座火力發電廠的二氧化碳排放水平是數十萬噸，甚至上百萬噸級別。若假設設施運轉20年，對於如此長時間且大量的二氧化碳體量，目前的很多利用方式是沒有足夠的能力來全部承擔下來的。所以如果想到達成大規模高目標的二氧化碳減排，在考慮二氧化碳的利用時，很可能要和二氧化碳的地質儲存結合在一起，才能更好地達成減排目標。
BECCS（Bio-Energy with Carbon Capture and Storage）結合生物能源的碳捕捉與儲存
這個是近年來提出來的一個新概念，目前還沒有得到充分的論證，在技術上也存在許多障礙。全世界也只有少數的幾個試點。但在這裡我想要強調的是，BECCS不單單是將生物能源和碳捕捉結合在一起的簡單的概念疊加。上文所談到的兩個構想，甚至人類目前的大多數減排行動，都只能做到儘可能讓目前大氣中二氧化碳的濃度的上升速率減緩，其極致也不過是不再增加大氣中二氧化碳的濃度。而BECCS這個概念的重點在於，它提供了一個負排放（negative emissions）的方案，按照這個構想，即我們不單單是減排，而還能夠在一定程度上降低大氣中的二氧化碳濃度。在此便涉及到我在開頭所說的，題主的這個有趣的比較了。
借用維基百科的圖來簡單說明一下這幾個概念。簡單將圖的上面理解為大氣，下面為碳匯。
- 當我們使用化石燃料時，就和第一個箭頭一樣，將長時間儲存在化石燃料中的碳以二氧化碳的形式釋放到了大氣中，增加了大氣中二氧化碳的濃度。
- 當我們引入CCS系統後，化石燃料燃燒產生的大部分二氧化碳被人為捕集並注入地下，經過長時間的反應後固定在地底，成為碳匯，如第二個箭頭，減緩了大氣中二氧化碳濃度上升的速率。
- 當我們使用新能源時，未向大氣中排放二氧化碳，所以沒有改變，如第三個圖例。
- 當我們使用生物質能源時，由於生物質能源中的碳是來自於短時間內生物在生長過程中對大氣中的二氧化碳的固定，例如題主所說的，植物所吸收的二氧化碳，所以此時燃燒所產生的二氧化碳是已經被生物固碳所減去的一部分，整體看來大氣中的二氧化碳濃度並未改變。
- 當我們考慮捕捉生物質能源燃燒所產生的二氧化碳時，那麼整體看來便會使大氣中二氧化碳的濃度降低。
這便是負排放的重要性以及碳捕捉的必要性。雖然除此之外也有其他的一些途徑來降低大氣中的二氧化碳濃度，但與碳捕捉相比，可行性都相去甚遠，且與本問題關聯性不大，就不多說了。
最後，我想說的是，隨著美國退出巴黎協定，在氣候變化領域中國的影響力與日俱增，在可預見的不久的將來，能源系統的改革將不亞於互聯網對世界產生的影響，而現在很多人的注意力都集中在計算機與人工智慧等等熱門話題上，對於這些方面的認識還停留在全球變暖陰謀論，氣候變化無稽之談，絕不購買電動汽車，新能源都是小打小鬧的層面上，很高興有人能夠就這個領域提出問題，希望能有更多的人開始關注這方面。
做過電催化二氧化碳還原，現在正在做光催化…
咋說呢，這是個大坑。產物選擇性上不去，材料成本下不來，機理不明確，經費整體在走下坡路（給川普跪了）。預計很長一段時間之內這技術都還是只會停留在實驗室階段…雖說楊培東等大佬一直在炒作「人工光合作用」概念，聽起來很exciting。但是無論在哪個方面上，與綠植的固碳能力還是差了十萬八千里。富集是另一個問題，空氣中二氧化碳濃度雖然節節攀升，但是要搞大規模還原的話還是低得感人。從空氣里富集還沒多少好辦法，目前看來比較實際的方向是和火電廠結合，利用脫硫後的廢氣。Opportunities and prospects in the chemical recycling of carbon dioxide to fuels
樓主可以自己去查一些文獻什麼的=。=比如我覺得這樣的綜述就講的挺不錯的。。雖然沒有包括比較新的進展然而我覺得概括的挺好的。。你看這樣等答案的效率多低啊還不如自己找文獻看對不對另外補充一張樓上說的光電催化的原理示意圖，圖片來源是開頭說的那篇文獻
啊不對題主說的是二氧化碳捕集技術？我斷句斷了好多遍然而還是不是很懂題主說了什麼。不過Materials Views就寫過CCS的文章題主可以去看看
推廣二氧化碳捕集與封存（CCS）技術乃當務之急為了避免被當成民科小學生（不對好像本來就是）還是匿了吧低碳不僅僅是針對二氧化碳。二氧化碳只是其中一個指標。低碳是要節能減排，降低污染。 二氧化碳是溫室效應的罪魁禍首之一，但溫室效應和空氣污染比起來，又顯得無關緊要。
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