碳捕捉技術方興未艾

全球最大的空氣捕捉型碳捕捉與封存工廠已於日前在冰島正式運轉。圖/美聯社

文/陳祈典 任職經濟部國際合作處

全球最大的空氣捕捉型碳捕捉與封存工廠已於日前在冰島正式運轉,預計每年可封存4,000噸二氧化碳,把二氧化碳轉變成石頭存放在地底下,所有使用電力都來自再生能源。Tesla執行長馬斯克也在今年初懸賞1億美元徵求最好的碳捕捉技術,參賽者提出的方案必須能將碳封存至少100年,比賽將持續4年至2025年。

碳捕捉技術起源於美軍用以移除潛水艇或是太空梭上呼吸產生的二氧化碳。在1970年代開始商業化,大多設置於電廠內,採用燃燒前加工或燃燒後以氧化鈣、氨水或胺類吸附劑從煙道間捕捉二氧化碳,美加及歐洲居技術領先地位。因燃燒煤炭的煙氣約有10~15%的二氧化碳,燃燒天然氣則約有5~10%,從排放點直接收集二氧化碳較有效率,且將二氧化碳注入將枯竭的油井與原油混合後,原油的黏性會減低,更容易浮到頂部被抽取,可提高原油採收率約60%並延長油田壽命,美國政府亦對此提供租稅減免,很受石油公司歡迎。

碳捕捉的實用性一度遭到質疑,經濟學人雜誌曾指出它有兩個待解決問題,一是價格昂貴,二是不確定這項技術是否管用;且碳捕捉後須以高溫還原耗費大量電力,若該電力是由傳統火力電廠提供,變成捕捉二氧化碳的過程中又製造二氧化碳的詭異現象,幸而現今再生能源興起使此困境有解;另二氧化碳捕捉後若不再利用以創造收益,僅僅存放在地底下似不具商業模式,這些都是前幾年推動進程有限的原因。

國際能源總署原規劃在2010至2020年間發展100個大規模碳捕捉、利用與封存(CCUS)計畫、每年儲存3億噸二氧化碳,最後實際上僅達成4千萬噸,為原目標13%。

不過此技術受重視程度與日俱增,聯合國歐洲經濟委員會今年3月發布的報告指出:大規模運用碳捕捉技術,已經是能源、工業產業刻不容緩的優先事項。「結構性改革所剩時間已不多,在區域內燃燒化石燃料仍占發電比重80%情況下,發展CCUS先幫助產業去碳化,可作為暫時性因應手段等待未來處理碳能源的科技跟上」。聯合國政府間氣候變化專門委員會形容CCUS技術是眾多應對氣候方法中最具成本效益的方案,如果沒有此技術,遏制全球暖化的成本將增加一倍。最近全球的能源危機也顯示脫碳並不是一條容易的路,各項大增的成本將衝擊普羅大眾荷包。

冰島的Orca碳捕捉工廠在8個貨櫃空間中裝滿風扇和濾網,風扇將空氣吸入收集箱,其中的二氧化碳會被吸附在濾網上,充滿後收集箱會關閉並升溫至100度,此時高濃度二氧化碳會被釋出,與水混合成「蘇打水」後注入地底深處玄武岩層,冷卻凝固成深灰色的碳酸鹽礦物,所需電力來自隔鄰的地熱電廠,相較於以往還原需加熱至800~900度,可節省許多成本。

除此之外,二氧化碳也能被拿來再利用,例如可與氫氣結合產製甲醇,此技術剛好可解決氫氣輸送所面對的危險及氣體壓縮成本問題,轉換成甲醇既安全又方便輸送,可加速氫能發展,若能商業化將成為明日之星;另二氧化碳也能轉化為肥料,導入溫室幫助植物生長,也可導入工廠製作碳酸飲料。但二氧化碳再利用無法達到負排放,它只能做到二氧化碳的循環利用。

碳捕捉後存放的地點至關重要,若因地震或其他緣故導致洩漏則前功盡棄,目前以存放於超過1,000米深的油田、氣田、鹹水層或無法開採的煤礦中最為可行,利用壓力使其固化。如英國政府正規劃將捕獲的碳儲存在北海油田鑽採石油後留下的空洞中,將北海油田轉型為碳儲存基地。另捕捉後若放置於海洋底部可能造成海水酸化問題,不利於海洋生物生長,不被科學家所推薦。

自空氣中捕捉二氧化碳的成本每噸約200至600美元,隨著濾材設計的改良及規模經濟,期望能降到100美元以下,許多國家紛紛投入研發與示範計畫。國際能源總署估算,為了控制氣溫上升在1.5度範圍內,在不同條件下計算出未來需從空氣中移除量為100至1,000億噸,對比臺北市一年排碳量約1,000萬噸、目前處理量、完成期限及所需成本,挑戰之艱巨可以想見。

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