1755年，英国化学家布拉克将石灰石放在容器内煅烧，人们第一次发现了一种名叫“固定空气”的气体存在。这种气体与空气完全不同，它比普通的空气要重的多，而且能迅速地浇灭火焰，这种气体就是我们耳熟能详的二氧化碳。
　　二氧化碳，是一种维持地球具有生命适宜性的重要物质，它伴随着我们的每一次呼吸，每一次心跳。它和氧气分工合作，协调配合，让地球上的生命繁衍不息、不断进化。近代以来，煤、油、气等化石能源的使用点燃了工业革命的火种，工业化的快速发展，人口的爆炸式增长，不断丰富的物质文化需求，使得化石能源的使用成指数级的增长，我们的衣食住行处处都离不开化石能源。这就意味着我们将千百万年来储存在地下的“碳”释放到大气中。利用碳-12和碳-13同位素追踪技术，科学家们研究南极大陆冰芯和植物化石发现，过去2300万年来大气的二氧化碳浓度在230ppm（百万分之一）到350ppm左右波动，而且大气温度变化随二氧化碳浓度正向变化。工业革命以来，大气中二氧化碳浓度直接从300ppm跃升到2022年的420ppm，同期全球平均温度上升1.2℃。研究表明，目前全球温度随大气二氧化碳浓度增加线性上升。全球变暖会给我们带来什么？
　　不知你有没有见过北极熊脚下的冰川慢慢融化，不知你有没有见过热带雨林的渐渐消失，不知你有没有注意到，由极端天气导致的自然灾害事件频频发生。这些都与二氧化碳的过度排放有着千丝万缕的关系。冰川融化，海平面升高，森林退化，旱涝频发，山火肆虐，各种极端天气已经直接威胁人类的生存和发展。照这样下去，预计到20世纪中叶，全球温度将升高1.5-4.5℃，海平面将会上升25-140cm。届时，亚马逊雨林可能会消失，两极的海洋冰块大部分都会被融化。而许多野生动物也会因为这些变化迎来灭顶之灾。科学研究表明，地球上碳的总量是不变的，在生物圈、岩石圈、水圈和大气圈中经年累月，循环往复。森林、海洋等我们熟知的自然固碳方式显然已经无法消纳大气中多余的二氧化碳。所以为了守护我们人类共同的家园——地球，选择必要的二氧化碳移除技术势在必行。碳捕集、利用与封存（CarbonCapture，Utilization and Storage，简 称CCUS）技术应运而生。CCUS是通过物理、化学、生物等手段捕集点源排放或大气中的二氧化碳，通过地质、化工、生物等手段进行循环利用后，注入地下实现永久封存的人工固碳技术，是国际公认的唯一能够实现大规模快速减排、迈向中和的必要技术。
　　2020年9月22日，国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上表示，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。“碳达峰、碳中和”瞬间成为全民热议话题。我国的碳达峰是指二氧化碳排放达到峰值。碳中和则是温室气体的吸收量等于排放量，碳中和的碳指的是二氧化碳当量，即把其他温室气体折算成二氧化碳排放量。“碳中和”怎么实现？概括来讲有节能增效、能源替代、固碳增汇，也就是低碳、零碳和负碳三种技术手段。作为世界最大的发展中国家和第一温室气体排放国，发达国家用50-70年走完的碳达峰到碳中和之路，我们要自我加压，用30年走完，任务何其艰巨，时间何其紧迫。
　　不过，如果我们想将排放出来多余的二氧化碳利用起来，首先第一步就是必须要把这些排放出去的二氧化碳捕集回来，这一步也是碳中和中非常重要的一步，叫做碳捕集。而在当下，常见的碳捕集途径一般有三种。第一种就是生物捕集，通俗来讲，就是利用植物来吸收大气中的二氧化碳，让植物通过光合作用将二氧化碳转化成氧气。据调查显示，一公顷阔叶林一天就能捕集一吨的二氧化碳。所以植树造林，保护树木也成了处理二氧化碳的一种手段。第二种途径就是常规的捕集手段。化工厂排出的废气里二氧化碳占比可高达80%，在烟囱上面加装吸附装置，就能把大量的二氧化碳捕集回来。而固体吸附剂技术是减少碳排放的创新工艺，原理是利用固体吸附剂在持续式变温吸附流化床中将二氧化碳与烟气流分离，实现高效吸附、降低捕集成本。新型内燃机废气二氧化碳捕集系统可以直接从内燃机中捕获90%的二氧化碳，且不会造成任何能源损耗。而第三种途径就是通过技术手段将二氧化碳直接捕集。它捕获二氧化碳的常用方法有两种：化学吸收法和物理吸附法。化学吸收使用液体溶剂，一般为腐蚀性溶剂，从周围空气中吸收二氧化碳，形成一种化合物，然后加热该化合物，产生一种高纯度的气态二氧化碳流。物理吸附使用固体吸附剂，通常是活性炭、沸石、金属有机框架材料或其他膜材料。在循环过程中，二氧化碳通过热、压力或水分从固体吸附剂中进行吸附和解吸。迄今全球已有15家工厂从空气中直接捕集二氧化碳，分布在欧洲、美国和加拿大。直接空气捕集技术需要稳定的气流，通常借助大风扇传递气流与过滤器进行接触，不过目前这个技术成本还是有点高，捕集一吨二氧化碳可能要花费600美元。当然科学家还在努力的改进方法，降低成本，提高效率。通过后两种方法捕集来的二氧化碳，我们还要对它进行进一步的处理。我们可以把它们通过高压管道输送到地下或者海底，安全的永久封存，这种处理二氧化碳的方式也叫做碳封存。当然，除了封存地底和海底，人们还尝试将二氧化碳封进水泥里，创新除碳技术可以将捕获和回收的二氧化碳注入新鲜混凝土中，使其矿化，形成纳米矿物，并永久嵌入其中。注入二氧化碳可以提高混凝土的抗压强度，并改善性能。这不仅可以让混凝土厂商通过这项技术优化其混合设计，获得竞争优势，同时也可以减少混凝土结构的碳排放。
　　辛辛苦苦捕集来的二氧化碳只能封存起来么？不是的，二氧化碳也是可以利用的。我们可以用超临界二氧化碳作为溶剂，从植物中提取很多有用的物质，比如说网红的抗氧化剂——虾青素，还有可可碱，咖啡因之类的物质。又或者将二氧化碳变成绿色甲醇燃料，利用二氧化碳和由可再生能源制取的氢气来生产甲醇。我们还可以用二氧化碳和环氧化物作为主要原料制备降解塑料——脂肪族聚碳酸酯树脂，这种塑料性能优良，且废弃后可完全生物降解，减轻了废弃塑料的“白色污染”。近期我国科学家实现了二氧化碳到淀粉的从头合成的技术突破，这意味着，我们所需要的淀粉，今后可以将二氧化碳作为原料，通过类似酿造啤酒的过程，在生产车间中制造出来。
　　不过比起想怎样去捕集和处理二氧化碳，我们更应该思考，如何能减少二氧化碳的排放。毕竟从根源上减少二氧化碳的产生，才是让地球天平平衡的最好方法。利用太阳能发电，风能发电可以让二氧化碳的排放量有效减少。而对于普通人来说，要想实现碳中和，需要我们共同的努力，我们可以从身边的小事做起。少买不必要的衣服，重复利用旧衣物，减少资源浪费。尽量自带餐具，少用或不用一次性餐具。节约水电，垃圾分类处理。短途的出行，尽量步行或骑自行车，长途出行尽量选择公交、地铁等公共交通。从我们身边的每一件小事做起，每一个人都能为碳中和出一份力，每一个人都能让地球的天平回归平衡，让地球远离“会呼吸的痛”。
　　为助力碳中和目标实现，2021年5月9日，西北大学与榆林市政府启动共建全国首家碳中和学院，这是全国第一所培养碳中和领域专门人才的新型研究型学院。学院聚焦CCUS、化石能源清洁利用、可再生能源、氢能、储能、能源互联网、碳经济和政策研究等七大方向开展碳中和技术研发、转化和推广应用，培养具有国际视野、产业认知、基础扎实、多学科交叉背景的复合型人才。

陕西省提升公众科学素质计划项目（项目编号：2021PSLK27）；
国家自然科学基金委员会专项项目（项目编号：22142014）；
陕西省创新能力支撑计划项目（项目编号：2021KP-19）