如何把二氧化碳「抓」起來？對抗氣候變遷的祕密武器
文：林韋翰、趙家緯；原文2023/12/29刊載於故事
CCS 很有用，但發展速度遠遠不夠快
自工業革命開始，人類大規模使用化石燃料，排放大量二氧化碳到大氣中，造成日益嚴重的氣候危機，因此，減少碳排放已經成為當務之急，而承諾達到「淨零碳排」的國家迄今也累積超過一百五十個。然而，僅透過再生能源和提升能源效率仍難以處理工業製造的碳排，還需要透過「碳捕獲及封存」（Carbon Capture and Storage，簡稱 CCS；如果加上「再利用」則是 Carbon Capture, Utilisation and Storage，簡稱 CCUS）技術的輔助，才能夠達成淨零碳排的目標。
顧名思義， CCS 就是將人類活動排出的二氧化碳捕捉後封存，避免其逸散到大氣中。舉例來說，可以從工廠排放的氣體中，先透過碳捕捉技術分離出其中的二氧化碳，並加以捕獲，接著將捕獲的二氧化碳由氣態轉換成液態，再藉由管線、陸運或海運等方式運送至碳儲存的場址封存。在各種儲存方式中，目前以將二氧化碳注入到地層內的地質儲存技術較為成熟。
除了捕捉人類活動排放出的二氧化碳外，近期國際上亦積極投入各種「碳移除」（Carbon Dioxide Removal，CDR）技術，比如直接空氣捕集與封存（Direct Air Carbon Capture and Storage，DACCS），以及「生質能源結合碳捕集封存」（Bio-Energy with Carbon Capture and Storage，BECCS） 。碳移除是指在自然碳循環以外，額外藉由人類活動移除大氣中的溫室氣體，比如 DACCS 是藉由某些化學程序直接從大氣中提取二氧化碳，並予以長期封存。而所謂的 BECCS 技術，則是先利用植物吸收大氣中的二氧化碳，再燃燒這些植物以提供能源，並且捕集燃燒過程釋放的二氧化碳，最後予以長期封存；如此一來，不但燃料使用過程不會排放二氧化碳，而前一階段植物生長的過程還會吸收二氧化碳，藉此達成減碳的效果。
根據政府間氣候變遷專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）2022年的第六次評估報告，要達到 2050 年淨零碳排的目標，電力系統中 CCS 占比預估不須超過一成，之所以如此，是因為再生能源所需的成本仍比 CCS 低許多；然而，在工業領域中，由於多數產品的製造過程都會排放二氧化碳，因此 CCS 在工業淨零中就扮演十分重要的角色。根據國際能源總署（International Energy Agency，IEA）估計，若要在 2050 年達到淨零排放，鋼鐵業設有 CCS 的比例需達 53% ，石化業則需 67%，水泥業更需要高達 85%。在此同時，人類還需要透過「碳移除」直接從大氣中吸附過往已排放的二氧化碳；根據美國國家研究院估計，若要確保增溫不超過1.5 度，2050 年時全球碳移除量需達到每年 100 億噸，2100 年時更要達到 200 億噸。
實際上，CCS 並非近期的科學創新，早在 1977 年就已經應用在美國的石油業，但當時的目標是增加油田開採率，而非對抗氣候變遷。時至今日，全球仍僅有 40 個運轉中的 CCS 場址，每年捕捉量也只有 4,500 萬噸，不及全球年排放量的千分之一。若要符合淨零路徑需求，2030 年時年捕捉量需成長到 12 億噸，目前全球 CCS 的發展距離達成這個目標仍然相當遙遠。
儲存量不是問題，但要存放在哪裡?
儲存量不會對 CCS 的未來發展構成任何限制，依據估計，全球地質二氧化碳儲存技術能力約為一兆噸，已經超過 2100 年前將全球升溫限制在 1.5°C 內的二氧化碳儲存需求。而且，按照推估，只要選址和管理得當，現有技術已能將二氧化碳從大氣中永久移除，不會洩漏逸散至大氣層中。
然而，「選址」正是 CCS 未來發展最大的挑戰。 IPCC 在 2005 年指出， CCS 選址的風險可以分成四個面向討論：
- CCS 管線在運輸過程中的風險，不亞於石化業目前使用的碳氫化合物輸送管道。
- 選址工作中應妥善評估現有的地質條件，並建立完善的監測計劃、法規體系和二氧化碳洩漏時的緊急應變計畫；若能如此，則 CCS 對場址當地造成的健康、安全與環境風險將相當於天然氣封存或 EOR 以及酸性氣體地下處置等現有活動。
- 如果將二氧化碳大規模注入海水，或在海底轉換成液態，將會改變當地海水的化學環境，而研究也已經證明，環境中如果有高濃度的二氧化碳，並持續一段時間，便會導致海洋生物死亡，進而將衝擊生態系。至於在大面積海域和長時間尺度上，二氧化碳直接注入海洋對海洋生態系統將會造成哪些慢性影響，則尚未有研究。
- 大規模礦石吸附技術的環境影響，則與一般礦產開採和廢棄物處理類似。
除了以上四點之外，2022 年 IPCC 第六次評估報告中還提及： CCS 由於有冷卻需求，因此與原先的電廠相較，耗水量將增加 25% — 200%；因此，這項技術在水資源稀缺區域的發展前景相當有限。而美國環保署跟歐洲環境署的相關研究也指出，火力發電廠裝設 CCS 後，雖然可以減少溫室氣體排放量高達七成，但由於會導致能量轉換損耗，空氣污染物的排放量反而會增加。
不用盲目建置 CCS ！哪些產業應該優先裝？
如前所述，全球 CCS 布建速度過慢，遠低於將全球升溫限制在 1.5°C 所需，而且建置 CCS 又需面對重重挑戰。要能回應這些挑戰、加快建置速度，就需要新的政策工具，以及更強力的公共支持與技術創新。但是，雖然化石燃料業者期待 CCS 能大規模應用，讓目前營運或興建中的火力電廠、煉油廠等無需提早退場，但環保團體卻除了擔憂 CCS 會衍生前段討論的各種環境衝擊，更憂慮對 CCS 的投資將會排擠對再生能源與能源效率提升的投資。
因此，近期歐洲兩大環保團體 E3G 與 Bellona 基金會聯合提出 CCS 應用位階（CCS ladder），主張不同產業的 CCS 應用順序不同。他們認為，CCS 應優先用於水泥業和直接空氣捕捉，相反地，至於火力電廠和煉鋼廠，則有成本和環境衝擊都更低的替代方案。
這兩大團體也提醒決策者，「不是所有的 CCS 都是一樣的」，在評估 CCS 應用時，需整體考量環境、生態、財務和技術可行性等因素，以確定個別 CCS 應用對淨零轉型的價值。他們主張，由於公共資源和 CCS 的儲存注入能力都有限，政策制定者應該將資源投注在較有價值的應用上，尤其如果 CCS 將受限於技術或監管的因素，因而無法達到規模化，那麼，政策制定者就更應該排定發展的優先順序 。最後，他們更強調：CCS 建置仍必須配合其他解方同步進行，包含加速電氣化、快速擴充再生能源、增加能源效率，以及建立循環經濟。總而言之，若要達成淨零轉型的目標，決策者並不能過度依賴 CCS ，仍必須大規模削減化石燃料的使用，提升能源效率，並且降低初級能源需求。
國際能源總署也在 COP28 前夕發表分析，強調若維持目前石油與天然氣產業的生產規模，則 2050 年時 CCS 的投資規模要達到 3.5 兆美元，但目前 CCS 投資僅有 40 億美元，規模差異將近千倍。所以國際能源總署主席 Faith Birol 提醒油氣業者，若想全然靠 CCS 達到 2050 淨零排放目標，而不縮減產業生產規模，則是個全然的幻想。
臺灣已經有 CCS 的願景，但具體規畫還沒到位
在臺灣，國發會於 2022年公布「臺灣 2050 淨零碳排路徑圖」，其中 CCS 也是重要的一環。在電力方面，國發會規畫 2050 年火力發電將有 20% 至 27% 配上 CCS ，明顯高於 IPCC 報告中所預估的一成以下。然而，經濟部提出的「製造業2030淨零轉型路徑圖」中，反而並沒有具體規劃 CCS 在工業部門的占比，此外，在需要大量 CCS 輔助的鋼鐵業及水泥業，也缺少對相關技術的規劃。而在 CCS 社會溝通會議中，政府提出希望在 2030 年透過 CCS 減少 460 萬噸的碳排，相當於目前全國碳排放量的 1.7%，但也並沒有做出更詳盡的規劃。
在未來的淨零路徑中，CCS 將扮演重要的角色，政府應該提出更完善與清晰的規劃。除此之外，CCS 也可能造成許多環境與社會衝擊，相關配套因此十分重要，例如在碳封存選址前，應該要進行充分的環境影響評估，並且搭配完善的社會溝通，否則將會引發強烈的社會反彈。針對這個問題，過往研究鑑於中部（特別是臺中和彰化）的排放源距離封存場址較近，而且各項技術可行性亦較高，因此已經建議優先在中部進行相關試驗和開發；但政府在實際建置之前，仍應採納 E3G 與 Bellona 基金會的建議，提出必要性之整體評估，並且分析潛在環境衝擊，方能建立公眾對此技術的信心。最後，同樣重要的是，CCS 也絕不能成為高碳排產業或政府不積極減碳的藉口，讓這個淨零技術反而拖慢了減碳的時程。
參考資料
- 李元亨，〈什麼是碳捕存（CCS）？原理及重要性〉，科技大觀園，2017。
- 李蘇竣，〈國科會推2030年碳捕集460萬噸、碳封存場址 民團：技術仍有不確定性〉，環境資訊中心，2022。
- 經濟部 2050 淨零排放網站
