二氧化碳利用技术。这不仅是解决地球气候问题的负碳技术，更是未来火星生存的核心技术。目前，这方面的技术发展极其迅速，正从实验室走向大规模应用。
以下是从二氧化碳到食物和能源的详细技术路径：
一、核心逻辑：将“废物”变为资源
CO₂本身是含碳的分子，是构建有机物和碳基燃料的基础。利用技术的核心是输入能量，将稳定的CO₂分子活化，转化为有价值的产物。其过程可概括为：
CO₂+能量+其他元素（H， O等）→有价值的碳基产品
二、从CO₂到食物：人工光合作用与合成生物学
目标是绕过传统的农业种植，高效、快速地生产食物成分。
1.电催化+发酵（两步法）
这是目前最接近商业化且效率极高的路径。
第一步：电催化转化
技术：利用可再生能源（如太阳能、风能）产生的电力，在电解槽中催化CO₂和水（H₂O）发生反应，生成甲酸、乙酸等简单含碳化合物。
优势：电能转化为化学能的效率较高。
第二步：微生物发酵
技术：将第一步产生的简单含碳化合物作为“饲料”，喂养给经过合成生物学改造的微生物（如细菌、酵母）。
产出：这些微生物会高效地将“饲料”转化为蛋白质、脂肪、甚至特定的糖类。
案例：
芬兰公司Solar Foods和美国的Air Protein：使用类似技术，直接从CO₂和电力中生产出富含蛋白质的粉末，其成分和营养价值类似于奶粉或豆粉，可用于制作人造肉、蛋白棒、面条等。这个过程比传统农业节省约1000倍的土地和100倍的水。
2.人工光合作用（一步法）
技术：模仿植物，开发一种光催化剂（如特殊纳米材料），在太阳光照射下，能直接将CO₂和H₂O转化为碳水化合物（如葡萄糖）。
现状：这是终极梦想，但目前效率远低于生物系统，仍处于实验室基础研究阶段。
对火星的意义：这是未来火星基地的食物生产核心。只需携带少量菌种和一套反应设备，就能利用火星丰富的CO₂和太阳能/核能，持续生产食物，无需漫长的种植等待和巨大的农业穹顶。三、从CO₂到能源：合成燃料
目标是生产易于储存和运输的碳中性燃料，替代化石燃料。
1.电转液（Power-to-Liquid， PtL）
技术：核心是费托合成或甲醇合成的现代化版本。
电解水：用可再生能源电力将水电解，生成绿色氢气（H₂）和氧气（O₂）。
CO₂捕获：从空气或工业排放源中捕获CO₂。
催化合成：在催化剂作用下，将H₂和CO₂在一定温度和压力下合成为碳氢燃料。
产物：
电子柴油：可直接用于现有柴油发动机，实现交通领域的碳中和。
电子航空煤油：航空业脱碳的唯一现实路径。全球多家航空公司已开始试验和采购。
电子甲醇：可作为船舶燃料或化工原料。
2.光催化还原CO₂
技术：开发高效的光催化材料，在太阳光照射下，将CO₂和H₂O直接转化为甲烷、甲醇、CO等燃料前体。
优势：过程简单，理论上成本更低。
挑战：转化效率和选择性是目前最大的瓶颈。
对火星的意义：这是“在火星上制造回家燃料”的关键。通过萨巴蒂尔反应，将火星大气中的CO₂与从地球带去（或后期从水冰中电解的）的H₂反应，直接生成甲烷燃料和水。SpaceX的Starship飞船就计划采用液氧甲烷发动机，旨在利用火星资源实现燃料自给，从而返航。四、从CO₂到材料：构建万物
CO₂可以作为化工行业的碳源，替代石油。
聚合物与塑料：将CO₂与环氧烷烃等化合物共聚，可以生产聚碳酸酯等塑料。Covestro等公司已有商业化产品，用于制造手机壳、泡沫床垫等。
化学品：CO₂可以用于生产尿素、甲醇等重要化工原料，进而合成纤维、溶剂、涂料等成千上万种产品。
混凝土养护：将CO₂注入新拌混凝土中，可以加速其硬化过程，同时永久地将CO₂矿化，固定在混凝土内部，既能提升材料性能，又能实现碳封存。
五、总结与展望技术路径输入产出意义（地球/火星）电催化+发酵CO₂， H₂O，电力蛋白质、脂肪替代农业，节省资源/火星主食生产电转液CO₂， H₂O，电力柴油、航空煤油交通脱碳/制造返航火箭燃料光催化CO₂， H₂O，阳光甲烷、甲醇分布式能源生产/补充燃料制造化学合成CO₂，其他化学品塑料、化工原料替代石油化工/就地制造工具零件
共同挑战与核心：
能量来源：所有CO₂利用技术都是能量密集型的。其碳中和属性完全依赖于所使用的能源是否为可再生能源。在火星上，则依赖于核能或太阳能。
催化剂：开发高效、稳定、低成本的催化剂是降低成本、实现大规模商业化的关键。
从地球视角看，这些技术是将碳排放从“负担”变为“资源”的循环经济典范。从火星视角看，这就是未来火星殖民地的生存基石——利用CO₂和能源，生产呼吸的氧气、吃的食物、回家的燃料和建房子的材料。这项在地球上为应对危机而发展的技术，正在为人类成为跨行星物种铺平道路。