「二氧化碳變綠金」減排技術跳脫框架,掀起綠色能源新浪潮

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繼2015年《巴黎協定》制定以來,一份聯合國氣候變化專門委員會(IPCC)的報告指出「目前全球減少碳排放的行動已經完全偏離規劃,本世紀氣溫可能再上升攝氏3度,如果要將氣溫上升幅度控制在攝氏1.5度,世界各國必須大量減少大氣中的二氧化碳(CO2),並在2030年前將溫室氣體排放量減少45%,才有機會緩解溫室效應所造成的氣候暖化!」

▲二氧化碳CO2對地球暖化的貢獻度高達60%以上。(圖/envato)

面對可能無法達成目標的《巴黎協定》,歐洲各國除了在減少碳排放量與經濟發展之間掙扎,也提出了跳脫框架,具開拓性的減排方案「捕捉二氧化碳並加以封存」,稱為CCS(Carbon Capture and Storage),爾後更進一步衍生為「二氧化碳捕獲與再利用」CCU(Carbon Capture and Utilization)。

「CO2捕獲與再利用技術」將催化新興產業

▲二氧化碳(CO2)捕獲與再利用技術將發電廠、水泥廠、鋼鐵廠、石化廠所排放的CO2捕捉。捕獲方式有:燃燒前捕獲、燃燒後捕獲、純氧燃燒及化學迴路製程,未被封存的CO2則可以選擇直接利用或轉化為能源化學品及基礎化學產品。

CO2捕獲與再利用技術可分為捕獲、封存及再利用。首先利用捕獲技術將發電廠、水泥廠、鋼鐵廠、石化廠所排放的CO2捕捉下來,捕捉的方式有四種,分為燃燒前後捕獲、純氧燃燒捕獲及化學迴路製程捕獲,其中「燃燒後捕獲」的技術對現有燃煤發電機組的運作影響較小,容易進行商業上的運用、市場潛力最大,未來技術成熟後就有機會與國際競爭,將捕獲技術專利輸出。目前工研院材化所利用化學吸收的燃燒後捕捉技術,在國內燃煤電廠與石化廠規劃了兩座可以捕獲CO2的示範工廠。

捕獲CO2後可以選擇進行封存或再利用。CO2封存可分為海底及陸上封存,但由於在台灣地底或海洋封存的地點及封存量都還在評估當中,民眾對CO2陸地封存也持有疑慮,所以未來20年內實施封存的機會並不大,因此如何「再利用CO2」成了重點發展的新興產業,透過觸媒轉化反應可將CO2合成各種化學品與衍生材料。

CO2變綠金 碳循環打造綠色產業

▲捕捉排放的CO2為原料,同時減少排放量,形成正向碳循環。(圖片來源)

現有市場中,以CO2做為碳源的主要產品包括尿素(氮肥)、水楊酸(藥物添加劑)、碳酸酯(塑膠)等,但這些產品的CO2用量,卻只佔全球排放量 5%以下,對於碳排放量的減緩有限。因此,如果能利用CO2生產使用量較大的其他化學或能源化學品,建立正向碳循環,將有機會大幅減少排放量。

大多數人可能知道回收的寶特瓶可以做成再生紗,然後再織成衣服,但你可能沒想過CO2也可以做成衣服!透過上述的技術捕獲CO2後,將其轉化為(carbonate base)碳酸酯單體,接著聚合成多元醇(polyol)並加入其他化學品,聚合成聚酯彈性體或稱熱塑性聚酯彈性體(TPEE),TPEE可說是織成衣物的關鍵原料;透過紡絲設備將TPEE加工成纖維,再做成衣服。聽起來並不是天方夜譚,工研院已著手進行研究,相信在不久的未來CO2環保衣就可以跟大家見面了。

CO2再利用技術 有機會取代汽油作為燃料

▲2015年台灣小客車CO2排放量推估為1,908萬公噸。(圖/envato)

根據 2015 年統計,台灣在運輸上所消耗的能源有近九成六來自於公路運輸。交通部運輸研究所的《運輸部門能源消耗與溫室氣體評估模型參變數更新與估算》研究計畫,就曾推估台灣各車種的能源總消耗量與比率,據2015年數據顯示,使用最多能源的車種是小客車,佔比接近五成且一年的CO2排放量相當於1億9千萬罐的谷關空氣。

事實上在以CO2做為碳源製造的產品中,最具應用潛力的產品有甲醇(Methanol)、碳酸二甲酯(Dimethyl Carbonate, DMC)及二甲基醚(Dimethyl Ether, DME)。令人期待的是,如果能研發出解決甲醇腐蝕問題的技術,大舉突破,就有機會用甲醇取代汽油做為燃料,甲醇燃燒效率比汽油好,更可大幅減少CO2 的排放量。

捕獲CO2 可以減少工業碳排放量,再利用捕獲的CO2 取代煤、石油或天然氣作為能量來源,此循環將成為減緩溫室效應的一大助力,因此各先進國家無不致力於開發極具潛力的CO2 再利用技術。在此領域也投入心力的工研院認為即早切入可以幫助台灣產業掌握先機及商機,也認同CO2 再利用是一值得推動的二氧化碳減量途徑!

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