【永續讀書會】碳捕捉技術會是達成淨零的萬能解方嗎?
在淨零碳排的目標下，碳捕捉再利用與封存（Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS）是製程減排外，很重要的減碳方法之一。除了森林、海洋等自然碳匯，科技減碳同樣是未來發展必備的技術。究竟如今的碳捕捉與利用的技術發展到什麼程度？將在本文中概略介紹。
依據產業不同，減碳方式也不同
首先來盤點我們的碳排放來源，台灣主要是來自製造業，特別是石化、鋼鐵和水泥產業。而不同產業的排放原因又有所不同，石化產業中最大排放源為燃燒化石燃料造成的直接排放；鋼鐵業則大部分是製程中造成的製程排放；水泥業則是來自燃料使用與製程排放。基於主要碳排放來源不同，所採取的減碳策略也會有所差異。例如，石化、鋼鐵、水泥業由於是工廠內的直接排放，因此比較適合採用碳捕捉系統；而電子業排放來自於用電，因此較不適合採用碳捕捉系統（詳細可以看經濟部網站的介紹），而是朝綠電的使用邁進。
工廠碳捕捉技術並非負碳技術
我們常聽到的負碳技術，指的是碳的「移除量」大於人為活動造成的額外碳「排放量」，若無法移除更多，頂多只能算是減碳技術。我們拿水缸來類比，我們現在排放二氧化碳到大氣中，就像水龍頭一直在往一個水缸裡加水，而減碳技術的功能頂多是把水龍頭關小一點，讓水缸的水增加的慢一點，今天做到淨零之後，就像是把水龍頭關起來，但水缸的水量還是不會減少，除非你在水缸加裝一個排水管，才能開始降低水缸的水位，而這就是負碳技術的概念。因此一般我們聽到的碳捕捉技術大部分都只能算是減碳技術，而不是負碳技術。
碳捕捉技術介紹
碳捕捉技術可以分成富氧燃燒、燃燒前捕捉和燃燒後捕捉。
首先介紹富氧燃燒。大氣中由78%的氮氣、21%氧氣組成，而燃燒的過程是拿大氣空氣與燃料混合燃燒，因此燃燒產生的廢氣中，大部分還是氮氣和氧氣，二氧化碳濃度低，捕捉難度高。若是用高濃度的氧氣與燃料燃燒，也就是富氧燃燒，廢氣中將有更高濃度的二氧化碳，而不會有大量的氮氣，此時針對二氧化碳的捕捉就相對容易。
而如果要談“捕捉”，分為兩個時間點進行，分別是燃燒前捕捉和燃燒後捕捉。燃燒前捕捉指的是預先針對化石燃料進行處理，如天然氣是由碳和氫組成，若是把碳跟氫分離，再以氫氣為燃料進行燃燒，這樣在燃燒完成後只會有水，不會產生二氧化碳。
燃燒後捕捉是目前最常用、技術最成熟的方式。該方式不對燃料進行預處理，而是直接從燃燒尾氣中把二氧化碳分離純化，由此進行碳捕捉。燃燒後捕捉的方式有非常多種，本文將介紹最常用的化學吸收法。
化學吸收法: 目前最普遍的碳捕捉方式
化學吸收的技術分為吸收和脫附兩階段。第一階段會先使用吸收劑將廢氣中的二氧化碳捕捉下來，排出剩餘空氣到大氣中，稱作吸收。該富含二氧化碳的吸收劑將進一步透過加熱的方式，使二氧化碳從中脫附，便是第二階段。完成脫附後，吸收劑就可以繼續在下一次的吸收過程中重複利用！而脫附後二氧化碳可以透過冷卻加壓成液態，再進行後續的再利用或封存。
碳捕捉技術商業案例
了解完捕捉的技術後，我們來看看目前商業應用的情況。在國外的碳捕捉案例中，有到每年捕捉100萬噸以上的規模，算是相當大的規模。這邊以美國Petra Nova這個項目做介紹，其主要針對燃煤發電廠排放的二氧化碳進行碳捕捉，並將捕獲的二氧化碳注入鄰近油井以提升石油採收率。運轉期間的2017~2019年，Petra Nova 每年可以捕捉一百萬噸以上的二氧化碳，每噸二氧化碳的捕捉成本約65美金（參考中技社的專題報告 P.141），相比於台灣目前的測試碳捕捉系統，是非常可觀的捕獲量。
碳捕捉技術的挑戰與展望
究竟碳捕捉技術這麼厲害，為什麼目前都還沒有辦法普及到各個工廠中呢？因為它還存在著一些棘手的問題:
1）高能耗、高成本
目前捕捉1噸的二氧化碳成本是50–250美元，相較於歐盟的碳交易市場而言，1噸碳價格才60–70美元，因此任何一個想賺錢的企業，都不會想把錢拿去投資碳捕捉系統，因此目前研究主要著重在如何降低碳捕捉技術的成本和能耗。正如前面所述，排放廢氣中的二氧化碳濃度越高，捕捉成本越低；反之則成本越高。因此即便同為石化產業，有時也因排放廢氣中的二氧化碳濃度高低，限制其碳捕捉技術的可行性。
2）減碳淨效益的不確定性
以先前提到化學吸收法為例，當需要將二氧化碳從吸收劑中分離純化時，需要透過加熱到100度以上，而這個加熱過程又將造成額外的碳排，因為目前仍是燃燒化石燃料來進行加熱。具體來說，針對碳捕捉的淨效益並沒有統一的數字，取決於不同工廠會有不同情況，因此在建造系統之前須審慎評估。
3）佔地面積大
台灣土地稀少，然而碳捕捉系統體積龐大，使得發展碳捕捉系統變得更加困難。以Petra Nova的系統為例，每年捕獲100萬噸就需要建造"130 x 130 平方公尺"這麼大的設備! 那再對比回台灣的高碳排企業，例如中鋼每年的直接排放量高達1800萬噸，就需要10倍以上的面積才能達成其淨零目標! 當然放大規模和佔地面積不會是線性關係，單純以一個粗估的數據來顯示他的龐大程度。
4）仰賴政策補助
美國在2022年通過降低通膨法補助醫療保健和氣候相關計畫。針對碳捕捉及封存設備，根據該法捕捉1噸碳有機會得到85美元的補助；若是直接空氣捕捉法設備，甚至可以得到180美元。台灣目前缺乏足夠的補助措施，使得企業即便想積極實行，也受限於成本過高的問題。
總結來說，碳捕捉在達到淨零目標的路徑中，扮演了一定的重要性，針對這些很難減掉的排碳進行捕捉，而接下來的十年更要有技術上的突破，以降低成本、能耗為目標。除了碳捕捉外，企業還是要以源頭減碳為優先，雙管齊下，才能達到淨零目標。
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參考資料
- 中技社-石化業邁向2050淨零碳排技術發展與政策探討
- Methanol Synthesis from CO2: A Review of the Latest Developments in Heterogeneous Catalysis
