По мере продвижения глобальных целей «двойного углерода» углекислый газ (CO₂) уже не является просто «парниковым газом», а становится ценным, пригодным для переработки источником углерода. Технология гидрогенизации CO₂ с получением метанола благодаря своей сочетанной способности снижать выбросы углерода и эффективно использовать ресурсы превратилась в ключевой подход к достижению «замкнутого углеродного цикла» в химической промышленности. Эта технология не только утилизирует промышленные выбросы CO₂ (такие как дымовые газы электростанций и выхлопные газы сталелитейных заводов), но и производит метанол — важнейший химический сырьёвый материал (который можно использовать для получения олефинов, ароматических соединений или в качестве экологически чистого топлива), плавно связывая всю цепочку «улавливание-конверсия-использование» углерода.

Текущие технологические прорывы сосредоточены в трёх ключевых областях. Во-первых, инновации в области катализаторов: хотя традиционные катализаторы на основе меди (Cu-Zn-Al) обладают высокой активностью, они склонны к спеканию при высоких температурах и имеют короткий срок службы (примерно 1500 часов). Недавно разработанный четырёхкомпонентный композитный катализатор «медь-цинк-цирконий-редкоземельные элементы» использует редкоземельные элементы (такие как La и Ce) для модуляции электронной структуры, что повышает активность катализатора на 20%, улучшает стойкость к спеканию и продлевает срок службы катализатора до более чем 3000 часов. Кроме того, использование мезопористого SiO₂ или углеродных нанотрубок в качестве носителя оптимизирует дисперсию катализатора, дополнительно снижая энергию активации для преобразования CO₂, что позволяет снизить температуру реакции с 280°C до 240°C и сократить энергопотребление на 18%.

Во-вторых, оптимизация технологических систем имеет решающее значение: традиционная гидрирование CO₂ с получением метанола требует высоких давлений — от 3,0 до 5,0 МПа, что приводит к значительным инвестициям в оборудование и большому энергопотреблению. В настоящее время благодаря технологии совмещения «реакция-разделение» реакторы синтеза метанола подключаются последовательно к блокам мембранной сепарации для оперативного отделения образующегося метанола, что позволяет нарушить термодинамическое равновесие реакции и повысить степень конверсии CO₂ за один проход с 25% до 40%. Некоторые компании также комбинируют этот процесс с фотоэлектрическим производством водорода, используя водород, полученный из экологически чистой электроэнергии, в качестве исходного сырья, достигая таким образом процесса с нулевым углеродным следом — «зелёная электроэнергия — зелёный водород — зелёный метанол». В одном из пилотных проектов углеродный след метаноловой продукции был снижен на 92% по сравнению с традиционными нефтехимическими методами.

Значительный прогресс достигнут в области индустриализации: китайская энергетическая компания построила первую в мире установку гидрогенизации CO₂ в метанол мощностью 100 000 тонн в год. Используя запатентованный композитный катализатор и сопряжённый процесс, она потребляет около 150 000 тонн CO₂ и ежегодно производит 80 000 тонн метанола. Полученный продукт успешно используется на последующих установках MTO (метанол-в-олефины). Европейский союз также запустил демонстрационный проект мощностью 25 000 тонн в год в Нидерландах, который служит образцом для «использования отходящих газов» в химических парках. В будущем, с дальнейшим развитием систем оптимизации реакций на основе искусственного интеллекта (реальное регулирование таких параметров, как температура, давление и водородно-углеродное соотношение) и новых катализаторов (например, катализаторов из одиночных атомов), ожидается, что стоимость гидрогенизации CO₂ в метанол снизится ещё на 15–20%, что позволит расширить применение технологии на такие последующие сценарии, как «производство водорода из метанола» и «метаноловые топливные элементы», реально создавая экосистему углеродного цикла «CO₂ – метанол – продукты с высокой добавленной стоимостью» и обеспечивая воспроизводимую техническую модель для низкоуглеродной трансформации химической промышленности.