雖然傳統的生物生產，對於大多數食品、飼料、纖維、化學品和生物製藥等來說是必須的，但化學工業可能可以更專注於以二氧化碳作為原料，並使用氫氣作為補充試劑與能量載體。另一方面，簡單的有機化學品和燃料合成，較適合基於生物技術的新製程、化學合成和奈米技術等策略。這些技術都將可減緩土地壓力並增加循環性，為永續性發展的主要目標。該報告旨在介紹各種技術的潛在應用和影響，以使政府能夠篩選出想要的結果，同時對不想要的結果保持警覺性。

第一項技術為濕式有機材料回收。如污水淤泥和農業泥漿等濕式有機廢棄物，在用於熱化學處理過程前需要進行乾燥，但乾燥過程非常消耗能源。為此，透過濕式廢棄物的厭氧消化，可消除了乾燥過程的需要，並產生沼氣等有用的燃料與原料。厭氧消化具有高度的拓展性，並已可農場層級實施。此外，厭氧消化後的廢水比原始的糞肥更能平衡滿足作物需求，減少了對補充化學氮肥和磷肥的需求，以及溫室氣體排放。厭氧消化裝置有許多種規模與種類，其中小型厭氧消化器 （Small-Scale Anaerobic Digesters, SSAD） 具有在歐洲推廣該技術的潛力，因其能夠在可用生物質數量較少的中小型農場中，具有經濟效益地運作，且國家沼氣補充計劃可在 SSAD 的採用方面給予大力支持。例如，在歐盟國家中，德國尤其注重 SSAD 工廠。在該國政府提出再生能源法修正案後，SSAD 發電廠開始增加。該修正案為裝置容量達到 7,500 瓦的沼氣廠提供了特殊津貼，大幅提高此類工廠營運的經濟效益。

第二項技術為固體廢棄物處理與資源回收。在理想情況下，都市固體廢棄物 (Municipal Solid Waste,MSW） 的有機部分理論上是可生物降解和可堆肥，且可用於家庭和工業堆肥技術；然而，雖然工業堆肥已成為一種廣泛使用的有機 MSW 處理過程，但更具挑戰性的是塑膠廢棄物，因大多數的化石基塑膠無法生物降解，且可以在環境中保留數十年或更長時間，且自 2005 年以來，減少塑膠垃圾的國際政策干預措施，缺乏強有力的監測和執行措施，因此未能阻止海洋塑膠垃圾的產生。塑膠的回收主要分為 2 種方式，包括機械與化學式回收。在機械式回收方面，雖該技術已成熟，但仍遠遠不夠。預計 2023 年海洋中仍約有 170 兆個塑膠碎片。在歐盟回收體系中，機械式回收被認為是僅次於再利用的第二選擇，塑膠產品將被分類、融化或重新塑造成新產品；然而，這受到與產品設計相關的阻礙，如許多產品是含有不同材料和產品，以及難以去除的顏料和其他添加劑的複合材料；在化學式回收方面，將塑膠或乾式混合廢棄物轉化為解聚的二次原料，進而創造循環。目前至少有 3 種成熟且工業化的化學回收技術，以及其他數種處於初期開發階段的技術。這些技術都在高溫下運作，但中間產物以及隨後的轉化方法和應用會有所不同。

第三項技術為工業排煙利用。在未來幾十年，化學產業仍將使用化石原料。為此，需要減少現有煉油廠和化工廠內的排放，直到出現化石替代技術為止。蒸汽裂解是化學生產鏈中的關鍵過程，也是該產業中能源最密集的過程之一，以及二氧化碳排放的主要來源。目前蒸汽裂解通常是在攝氏 850 度的熔爐中燃燒天然氣等化石燃料進行，若可以使用永續性的太陽能和風能實現裂解電氣化，則二氧化碳排放量即可大幅減少。德國聯邦經濟事務和氣候行動部已撥款 1,480 萬歐元，支持 BASF、SABIC 和LINDE 開發新型熔爐技術。透過使用再生能源電力代替天然氣，可能減少至少 90% 的二氧化碳排放，且此為世界上第一個大型電力加熱蒸汽裂解爐示範工廠。

第四項技術為大氣中二氧化碳捕獲與利用。在光合作用中，植物會透過太陽能，將空氣中的二氧化碳轉化為生物質，進而提取並固定二氧化碳。而在直接空氣捕獲 (Direct Air Capture, DAC) 技術中，二氧化碳透過工業過程被捕獲和濃縮，並向像植物一樣利用或封存。目前 DAC 發展最多的包括固體吸附劑和液體溶劑。在液體溶劑 DAC 中，加拿大公司的 Carbon Engineering 於 2015 年開始在英屬哥倫比亞的 Squamish 營運一家試點工廠，其中飛行員每天捕獲約 1 噸的二氧化碳。近期該公司與 Occidental 1PointFive 合作，在德州建造世界上第一個百萬噸級 DAC 設施，且第二個工廠正在進行前端規劃和工程。這項進展是由美國聯邦通膨削減法案的廣泛支持計畫所推動。此外，挪威和英國亦正在考慮建造類似的 DAC 設施，其中二氧化碳部分用於封存，部分用於生產航空燃料；在固體吸附劑的 DAC 中，其優點是二氧化碳反應性化合物，透過化學方式結合到空氣接觸器的固體框架上。此外，在工作溫度為攝氏 100 至 120 度的情況下，該製程受益於與提供剩餘熱量的工業共置或使用地熱能，例如冰島的 Climeworks 示範工廠，每年可捕獲約 4 千噸的二氧化碳。Climeworks 也在挪威參與了一個旨在使用 DAC 生產航空燃料的計畫。

第五項技術為建築材料中的碳固存。在 2021 年新的歐洲森林策略中，預計林業可以實現歐盟的生物多樣性目標、到 2030 年減少 55% 以上的溫室氣體排放目標，以及到 2050 年實現氣候中和。林業可以透過多種方式做出貢獻，其中之一是在建築中增加木材的使用，以減少對混凝土的依賴，並使碳在建築物中封存數十年至數百年。2016 年的研究比較了木材與混凝土和鋼材作為高層建築材料的氣候變遷減緩潛力，結果顯示木材材料的初級二氧化碳足跡顯著降低，若 90% 的木材生產殘留物和廢棄物透過熱回收焚燒以取代天然氣，則木材結構系統將可實現負排放。另一方面，水泥業的碳排放強度是所有產業中最高的，約佔人為排放量的 7%，同時混凝土對於未來的建設也相當重要，需要碳捕獲與封存 (Carbon Capture and Storage, CCS) 或其他碳管理策略。輔助膠凝材料 (Supplementary Cementitious Materials, SCM) 是目前代替水泥最可靠的應用，且比簡單的 CCS 具有多種優勢。當二氧化碳注入濕混凝土後，乾燥時會形成奈米級碳酸鈣。除了降低碳足跡外，還可以生產更堅固的混凝土材料，進而減少混凝土製造過程中水泥的消耗。因此，含二氧化碳混凝土的成本比傳統混凝土更便宜。

第六項技術為地質封存。在深層地質儲層中封存二氧化碳，被視為減少人為二氧化碳向大氣排放的潛在緩解策略，其中最有發展機會的是枯竭的近海石油和天然氣儲存層。根據挪威北海海域部分的 CCS 地質圖顯示，僅該地區的總儲存潛力就達 70 億噸。截至 2022 年 9 月，全球正在開發的 CCS 專案的總產能為每年 2.44 億噸二氧化碳，較前一年增加了 44%。國際能源署 (International Energy Agency, IEA) 認為，CCS 沒有替代方案，因解決重工業排放的解決方案非常困難或昂貴，因此 CCS 是碳管理的重要組成部分；然而，能源經濟與金融分析研究所(Institute for Energy Economics and Financial Analysis, IEEFA) 則認為，CCS 是一項已有 50 年歷史的技術，目前失敗或表現不佳的案例數量仍超過了成功案例，仍有許多改善工作要進行。

第七項為生物能源與碳捕獲和儲存 (Bio-energy with carbon capture and storage, BECCS) 與直接空氣碳捕獲和儲存 (Direct Air Capture with Carbon Storage, DACCS)。生物質會在生長過程中固定大氣中的二氧化碳，當這種生物質用於燃燒等能源目的，會再次以濃縮二氧化碳的形式釋放。若透過地質封存捕獲並儲存此類生物的二氧化碳，或者在形成生物碳的情況下，將其應用於土地以調整土壤，則二氧化碳會從大氣循環中去除。這個過程通常被稱為 BECCS 或二氧化碳去除。為此，政策必須透過植樹造林來推動 BECCS，以便使 BECCS 真正實現負碳排；另一種去除二氧化碳的方法是 DAC。從政府間氣候變化專門委員會 (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) 第五次評估報告結果來看，達到攝氏 2 度目標的可能性超過66%，因此多數人考慮直接移除環境空氣中的二氧化碳；然而，若要產生影響，DAC 技術必須迅速擴大規模。目前全球約有 19 座工廠正在營運，但每年的捕獲量僅約 10,000 噸，僅是到 2050 年實現淨零碳目標所需捕獲量的一小部分。

第八項技術為奈米技術。該技術預計將對所有現有產業產生重大影響，並具有建立全新產業的能力；然而，儘管正在取得進展，但實現商業規模生產的主要障礙是對奈米物理和化學過程了解的缺乏，以及無法控制該規模的生產參數。為此，公共資助的無塵室和奈米製造基礎設施，能夠使公共部門科學家和私人企業合作。奈米技術在減緩氣候變化方面還有其他更廣泛的應用。例如用於運輸材料的輕質奈米複合材料，可以節省燃料消耗或改善其他性能，進而提高製程效率；引擎中的奈米潤滑劑，可以透過減少摩擦來顯著降低燃料消耗；氧化鈰奈米粒子作為燃料添加劑有助於引擎更完全燃燒；奈米材料可以幫助製造更輕、更堅固的風力渦輪機。其他應用包括太陽能電池的光伏技術、氫和燃料電池、用於儲能的電池和超級電容器，或是改善房屋和辦公室的隔熱效果。

第九項技術為自動合成化學。與其他技術相比，該技術可能是最不發達的；然而，但一旦該技術逐漸完善，將掀起生物學和材料科學的新一波創新浪潮。一個高度相關的案例是一個自動化合成項目，旨在尋找有助於更有效地從水中提取氫氣的催化劑。目前利用光催化從水中製氫的效率達到了 1%，就花了 20 年的時間。自動化合成專案的目標是找到一種效率為 5% 的材料，代表需要篩選數十萬種不同的分子。英國的利物浦大學建立了一個機器人平台來完成這項任務。理想的自動化合成平台將能夠規劃自己的合成路線並執行，將規模擴大到生產目標。