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淺談碳捕捉及封存

2007/12/05 經濟部能源局 點閱人次: 392

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▓撰文:李涵茵

近年來溫室效應、全球暖化與氣候變遷等相關議題,已受國際間重視,而規範國際間對溫室氣體排放減量的「京都議定書」已於2005年初正式生效。未來全球對於溫室氣體減量工作的關注及資金投入將大幅增加。許多先進國家早已先行研擬溫室氣體減量法令、溫室氣體減量策略、減量技術及試行彈性交易機制等方式,使在減量的同時創造綠色商機。

根據美國能源部(2006)預測,美國在2030年的能源消費量較2003年成長36.5%,化石燃料使用量比率由2003年的86.0%增加為86.4%,同期間再生能源用量從5.83%增加到6.77%。在美國能源部2005年6月出版「2005碳隔離技術路徑圖與方案計畫書」中,規劃在2050年回歸2001年的CO2排放量時,其減量需求中有45%,以先進的碳捕捉及封存技術(Carbon Capture & Sequestration, CCS)捕捉與封存化石燃料排放的CO2達成。另有15%的減量需以陸地生態系隔離CO2及其他非CO2溫室氣體的隔離技術達成;剩餘40%的減量靠節約能源、提高能源效率及新的再生能源完成。

我國的能源98%以上都須仰賴進口,整個能源結構的變遷,都受制於國際能源價格的影響,從過去的能源使用概況,石油和煤供應量占80%以上,而且,工業部門的能源耗用量占50%以上。為因應國際間二氧化碳減量的推動,2005年全國能源會議結論承諾溫室氣體減量目標及策略:溫室氣體減量目標為回歸至2000年的排放量;推動策略則包括再生能源的開發、電價調整使能源價格合理化、徵收碳稅、調整產業結構、排放交易、淨潔發展機制以及發展減量技術如碳捕捉及封存等。

封存的架構成本高

於各類型的經濟或可行性研究中發現,利用捕捉的方法以減少溫室氣體的排放量,為成本最低且可顯著減少總成本而達到減量的目的。但在大多數的二氧化碳捕捉和封存系統之下,二氧化碳捕捉為整體系統成本中占最大之部分。

二氧化碳封存是將大氣中移除之二氧化碳無限期的封存,目前已有一些方法在使用中,也有一些新方法上待確認,理論上封存簡單得像種樹一般。封存的第1階段為捕獲二氧化碳,許多的架構都可使用,也有一些已經商業化,但是,每一種架構的成本都相當高。

將二氧化碳匯集之後即可予以封存,目前的封存方式概述如下:

一、地殼封存
將匯集之二氧化碳以幫浦注入地下的煤礦、油田或天然氣田的地質結構中,已經有很清楚的證據被提出來,這些技術能夠可靠的將被封存的二氧化碳保存住,與許多被發現的高純度自然形成之二氧化碳相同,期待研究這些自然系統而洞察出如何達到長期封存。注入於煤田或油井中封存的另方面作用是為了增加甲烷的產出,甲烷可被回收且其價值可做為補償封存的成本。

二、海洋封存
海洋為天然碳循環之主要場所,其作用有如大氣中二氧化碳的平衡儲槽。但受限於表層及深層海水間的緩慢對流,目前在深海中可發現因人類活動所排放二氧化碳的證據,平均深度僅約為1,000公尺。增加海水中二氧化碳的溶解濃度,會對海洋生物造成不利的影響,例如降低生物鈣化、繁殖及成長速率、遷移能力等。二氧化碳海洋封存還須考量許多現存的全球性或區域性的海洋環境相關規範,目前國際間尚無特別針對二氧化碳海洋封存的正式規範。

三、礦場和生物封存
為克服二氧化碳緩慢的逸出而回到大氣中,以化學方法使之與礦物如矽酸鎂、氫氧化鈣或氫氧化鋇等結合,而把二氧化碳捕捉下來,最終成為碳酸鹽沉澱物後再做後續處理。此程序為自然發生且反應速率相當快。生物轉化二氧化碳成為碳酸鹽、甲烷或可再生的燃料,目前尚在研究開發中。

四、陸地封存
造林和農場經營實際的變化,可以增加二氧化碳於陸地生態系統的封存量。碳封存領袖論壇(Carbon Sequestration Leadership Forum, CSLF)為國際間推動碳捕捉和封存技術之主要組織,於2003年6月25日在美國華盛頓特區成立,目前共計有21個會員國,CSLF擬定之「碳捕捉和封存CCS系統組件之成本範圍」,詳見附表。

結語

根據IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change, 2006),溫室氣體減量技術的開發應用,著重於各排放部門的節約能源、提升能源效率及推廣再生能源;其無碳及可再生替代能源技術的發展是成功的根本與關鍵因素。另根據國際能源總署(IEA)2005年的世界能源統計(Key World Energy Statistics 2005)預測,全球2030年再生能源使用比率仍與2003年相同,占總能源供應量的13.5%。此期間再生能源供應量的成長率與總能源供應量的成長率相同,即增加56.4%。因此,估計在未來100年或至少未來50年內,化石燃料仍是能源供應的主力,這種情形更凸顯了應用CO2捕捉與封存(CCS)技術,將化石燃料燃燒排放的CO2捕捉與封存的重要性。

在多數CCS系統中,CO2之捕捉(包括壓縮)是總體CCS成本之最大部分。因為工廠位置、CO2來源、運輸與封存情況之不同,CCS系統各部分之成本差異極大。在未來10年內,CO2之捕捉成本可能因為目前尚在研究階段的新技術之發展成熟與廣泛應用而減少20~30%。CO2之未來運輸與封存成本,亦將因為技術成熟與經濟規模增加而逐漸下降。目前CO2減量、捕捉、封存及再利用的技術,國外有些已經發展成熟並商業化,如利用含有鋅、鋁及稀土元素的觸媒以CO2為單體生產聚碳酸酯。這些新技術我國可利用國際合作方式引進或共同開發,對於國內CO2減量將會有極大助益。此外,我國政府與國內主要能源使用大戶,如石油煉製業、發電業、鋼鐵冶煉業、及石化業界,應積極參與世界CO2陸地封存研發聯誼組織,例如:碳封存領袖論壇CSLF活動,可建立CO2陸地封存研發聯盟之夥伴關係。(作者為台灣綜合研究院副研究員)


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