【專欄】全球沸騰現轉機！碳捕集、再利用及封存技術將扮演重要角色

壹、世界主要國家經濟仍依賴石油與煤炭，陷氣候沸騰危機更加嚴峻
由於全人類目前主要仍依賴石化能源發展經濟，2023年聯合國氣候變化大會將於11月30日～12月12日在石油大國阿聯酋舉行，由阿布達比國家石油公司執行長賈伯(Sultan Al Jaber)出任主席，可見石化業繼續擁有巨大影響力。依世界銀行數據，中東沙國、阿聯與巴林，連同卡達及科威特，是全球人均碳排放量前10大的國家。全球氣候已步入沸騰時代，此時急需落實減碳行動，但澳洲主要仍仰賴化石與採礦企業。人類因大量使用煤炭、石油和天然氣以及砍伐森林，致每年產生約300億噸二氧化碳，已導致全球沸騰時代來臨，引發極端乾旱、山火、洪災及劇烈風暴等災難，尤其中東近年更已飆至史無前例高溫，人民生活模式被迫改變，工人趕在清晨4點上班，上午9點下班。2023年10月南美巴西亞馬遜河流域，歷經百年來最嚴重的乾旱，水位降至歷史新低，導致中部瑪瑙斯（Manaus）河流沿岸的岩石古石刻重見天日。
地球大氣過去80萬年當中的二氧化碳濃度總在180～280 ppm之間，2020年7月發表在《科學報告》的研究稱，二氧化碳含量已達415 ppm，接近1,500萬年來不曾出現過的高濃度，也可能是類人猿誕生以來首次出現的高峰。2022年5月，夏威夷莫納羅亞天文台測得二氧化碳濃度421ppm，遠超過數10萬年來的自然變率，照此速度預測21世紀末，二氧化碳濃度將飆至570 ppm，超過工業革命前的2倍。地球因此不斷升溫，導致水分從植被和土壤中不斷蒸發，加劇世界許多國家極端乾旱、熱浪與野火。2023年7月19日義大利南部氣溫接近47℃，西班牙沿岸高溫破記錄，整個南歐熱翻天。2023年7月美國多處受熱浪襲擊，16日在「地表最熱」的美國加州死亡谷國家公園測到53.3℃，直逼世界記錄56.7℃。
英國《刺胳針地球健康》期刊，2021年7月發表研究指出，極端氣溫每年導致全球500萬人死亡。2023年7月27日聯合國秘書長古特瑞斯 (António Guterres)宣告，全球暖化時代已結束，正式步入「全球沸騰 (global boiling)」時代。2023年8月美國100年來最嚴重災情的夏威夷茂宜島又稱毛伊島（Maui）致命野火，造成逾114人死亡，更損毀超過2,200棟建築，其中歷史城鎮拉海納（Lahaina）近乎全毀。2023年9月13日地中海地區遭遇熱帶風暴丹尼爾（Daniel）侵襲，北非利比亞東部地區，德爾納2座水壩坍塌，造成嚴重洪水逾3,958人死亡與9,000多人失蹤。德爾納市官員坦言該市到處都是屍體，城市面積已消失25%。
2023年9月14日哈佛大學和華盛頓大學研究人員預測，到2050年全球恐有近半數人口生活在每年至少1個月，處於危險高溫地區。英國安格里亞魯斯金大學（Anglia Ruskin University）的全球永續研究所表示，現今全球極端氣候、生態破壞、資源枯竭以及人口激增等因素產生的綜合效應，非常可能引發世界文明的崩潰。聯合國秘書長古特瑞斯2023年9月20日在世界氣候峰會警告，高溫對全球已產生可怕的影響，「人類已經打開地獄之門」。
貳、中國新建煤電廠裝機是其他地區總和的6倍，碳排總量80%來自煤炭
中國是世界上太陽能組件和風力渦輪發電機的主要製造和使用者，在水力發電方面更領先全球，核電站建造也比任何國家多，但中國燒掉的煤炭也超過世界其他國家的總量，並仍加快煤炭開採和燃煤電廠的建設，導致2021年與能源有關的溫室氣體排放量增加近6%，是10年來最大增幅，且中國對煤炭的依賴可能會持續好幾年，甚至幾十年。目前中國電力約60%依賴煤炭，溫室氣體排放量約占高達全球能源相關排放量的1/3，碳排總量80%來自煤炭。2023年2月27日芬蘭能源與清潔空氣研究中心（CREA）以及全球能源監測（GEM）發布報告稱，中國自2022年起開始建設的煤電裝機容量是世界其他地區裝機容量總和的6倍。二氧化碳溫室氣體導致全球氣候變化，中國是全球最大的溫室氣體排放國之一，中國國家主席習近平雖然已承諾，將在2026～2030年間達到二氧化碳排放峰值，並在2060年實現“淨零”排放。CREA及GEM報告稱中國2022年共批准106 GW的新煤電廠建設，相當於每週2個大型煤電廠。其中約1/3已開始投入建設，有些建設從獲許可、融資到動工，只花幾個月的時間。2023年前，中國排放的溫室氣體量就已占約全球所有能源相關排放量的1/3，每年的燃煤量也高於全世界其他國家的總和。2023年6月中國主要燃料來源煤炭的發電量比2022年6月增加14%。2021及2022年，有些省份由於高溫創記錄因而嚴重電力短缺，因此獲准新設燃煤電廠，形成一種惡性循環，溫室氣體排放量增加，導致極端天氣事件更加頻繁。GEM研究表示，在全球新建燃煤電廠持續下滑情況下，中國2022年反常建造速度驚人，導致全球沸騰危機更顯加劇。
参、各國相繼研發碳捕捉、再利用與封存技術，將扮演抑制全球沸騰重要角色
人類每年排放約300億噸二氧化碳，導致全球氣候步入沸騰時代，但人類主要仍繼續依賴石化能源發展經濟。碳捕捉技術與氫能技術成為攸關2030年之後的淨零成果，目前的再生能源技術難以填補水泥、煉鋼及火力電廠等碳排量，因此美國第一家大規模、世界最大直接空氣捕獲工廠（Direct air capture，DAC）於2022年9月20日指出，二氧化碳捕集與封存（carbon capture and storage, CCS）或二氧化碳捕集、利用與封存（carbon capture utilization and storage, CCUS）技術，已被國際公認為减緩氣候變化和保護人類生存環境不可或缺的關鍵技術。CCUS主要目的是在防止使用化石燃料釋放大量二氧化碳至大氣層，同時是一種潛在手段以減輕因為使用化石燃料，所釋出的排放物而造成全球氣候沸騰及海洋酸化。2000年在加拿大薩斯喀徹溫省南部的Weyburn-Midale油田建立最大試驗場，展開年規模180萬噸、全球最完整的二氧化碳地質封存研究，至2021年已累積封存超過3,500萬噸二氧化碳，並成為碳封存計劃第一個商業化例子。2020年國際能源總署(IEA)指出，CCUS是實現全球淨零排放的關鍵技術之一；2021年IEA則指出，發展CCUS可以為長期能源與氣候目標奠定基礎。2023年更提出「全球能源部門2050淨零排放路徑報告」，認為目前各國淨零承諾還不能讓全球在2050年達成淨零，呼籲所有人要採取更強有力的行動。
瑞士新創公司Climeworks自2017年開啟全球第一個Orca發電廠計畫，負責捕捉空氣中的二氧化碳，2021年9月8日第一個碳直接捕捉(DAC)工廠Orca開始營運，每年約能捕獲4,000噸二氧化碳，每3個月能安全儲存12.5噸二氧化碳。2022年6月30日Climeworks接著在冰島的第二座更大DAC廠Mammoth動工，營運後每年約可吸收36,000噸二氧化碳。Climeworks在歐洲建造16座工廠，Orca是唯一一個永久捕獲和儲存二氧化碳，而非回收二氧化碳的工廠。

2021年9月8日瑞士新創公司Climeworks世界第一個，碳捕捉和轉化工廠Orca在冰島啟用，是直接碳捕捉產業的一個里程碑，每年可捕獲4,000噸二氧化碳。(圖/carbfix)

2017年美國佩查諾瓦（Petra Nova），擁有捕捉140頓二氧化碳能力，為目前全世界規模最大的碳捕捉裝置正式開始營運，成為當年全球第一個商業化營運的燃煤電廠碳捕捉計畫，然而2020年佩查諾瓦因經濟不景氣、燃煤發電市場萎縮以及二氧化碳售價偏低等問題，宣布停止營運。目前由於二氧化碳市場價格回升，及美國總統已簽署通貨膨脹降低法（IRA），根據國際能源署2020年的報告，如果全球希望實現《巴黎協定》中2050淨零碳排的目標，目前的碳排放量還需要減少50%～95%，讓CCUS技術仍是實現減碳目標的重要選項之一。
2023年3月微軟與具直接捕碳與封存技術的美國CarbonCapture碳捕捉公司完成簽約，CarbonCapture可以清除過去歷史的碳排放，協助企業達到負碳排目標。微軟目標在2030年達到負碳排，因此在此之前需要消除更多的二氧化碳。美國懷州CarbonCapture廠因有再生能源和良好的碳儲存管理條件，將成為第一個使用IV級井進行碳封存的直接碳捕捉工廠。第一階段碳捕集作業將於2024年開始，每年可以去除約1萬噸二氧化碳，2026年每年儲存20萬噸，2028年擴大到百萬噸，2030年每年去除5百萬噸，預計將成為世界上最大的單一除碳工廠。不過人類每年產生約300億噸二氧化碳，無論是美國CarbonCapture或是瑞士Climeworks工廠，都還需要再擴大規模或需要各國共同建造更多CCUS廠。

世界最大碳直接捕獲工廠CarbonCapture，座落在美國懷俄明州，預計2024年開始每年可以去除約1萬噸二氧化碳，之後再把它們牢鎖在地底。(圖/ CarbonCapture)

肆、我國相關排碳大戶如台塑、台電、中鋼及中油等積極投入CCUS發展
臺灣1年碳排量超過2億6,000萬噸，其中發電就超過一半，這些排放到空氣中大量的二氧化碳如能使用CCUS技術，對減碳目標將是一大助益。2022年3月30日國發會公布2050年淨零策略；包括能源、產業、生活及社會等4大轉型，以及科技研發與氣候法制2大治理基礎，共12項關鍵戰略，讓臺灣趕上全球淨零排放趨勢。2022年11月28日國科會、經濟部與環保署共同召開「CCUS社會溝通會議」，宣布大力推動相關技術，目標在2030年減碳460萬噸，2040年前後將CCUS導入燃煤及燃電廠運用，加上海洋碳匯及土壤碳匯等各項前瞻技術，2050年達成40.2百萬噸減碳目標。目前我國台塑、台電、中鋼及中油等排碳大戶對CCUS相關發展之情形分述如下：
台塑：2022年5月20日工研院李宗銘副總指出，從煙道排出的二氧化碳濃度在15%以下，若將純度提高到99%，就可以製成乙烯及丙烯等石化上游原料，加工後可製成各式日常用品，如人造纖維及化妝品等，把減碳化為新商機。因應全球對綠色供應鏈的要求，以及歐盟2023年施行碳邊境調整機制的衝擊，經濟部業已積極投入淨零碳排技術研發，補助台塑、成大、南科大及工研院等共同建置全臺第一套二氧化碳捕捉及再利用示範廠，並於2021年建置完成完整的二氧化碳捕獲、氫氣純化以及轉化再利用等3大系統的循環經濟模式，自2021年底試運轉至2022年9月，初步每年約可捕獲製程排放的36噸二氧化碳，並轉化為12噸甲烷等化學品；台塑公司將逐級擴大減碳效益，邁向淨零轉型。

工研院研發煙道氣二氧化碳捕獲流程圖。(圖/工研院)

台電：根據國發會2050淨零路徑，我國2019年溫室氣體排放量共265.6百萬噸，其中電力排放就高達139百萬噸，因此以「電力去碳化」為首要任務，預估短期內火力發電機組必須採用混氫或混氨技術，才能降低碳排。2022年4月26日台電與西門子能源公司簽署「混氫技術合作備忘錄（MOU）」，目標2025年讓燃料改變，從現在100％天然氣轉變為95％天然氣與氫氣5％。2022年11月16日台電再與日本三菱集團簽署「混氨技術合作MOU」，由三菱進行燃煤機組改造及混氨技術研發，將林口電廠機組導入混燒功能，目標2028～2030年達成混氨5%發電，初期每年將減少9,000噸碳排放量，相當於23座台北大安森林公園一整年的碳吸附量。
2022年9月14日台電首度展出碳捕捉技術研究所成果展，於台中電廠打造碳捕捉系統，吸附排放廢氣中的二氧化碳，每年可捕捉2,000噸碳。在台中火力發電廠的九號機旁空地上有5個彩色貨櫃，裡面裝的就是從中火燃煤機組捕抓的二氧化碳。​根據國發會淨零碳排路徑，排碳占台灣1/3的台電，除70％的減碳得靠再生能源外，20%～27%的電力排碳得靠碳捕捉、封存與再利用（CCUS）新技術。在減碳試驗園區，會先把電廠排出的尾氣透過管子引入試驗設備，再透過以沸石吸附或是液體吸收兩種方式，把二氧化碳先抓下來，再透過熱或壓力把二氧化碳分離、純化後，先儲存在鋼瓶中，等待後續利用。台電於台中電廠北側空地規劃的碳封存試驗場，於2023年3月通過環評；每年預計灌注2,000噸二氧化碳，共執行15年，總灌注量3萬噸。2023下半年預計招標擴大廠區，建立台灣第一個「碳捕捉溫室」，將捕捉的二氧化碳灌注到溫室當中，預計將種出「中火草莓」。但更重要的試驗是封存，台電已經通過環評初審，將利用中火廠區內約一公頃空地，設置液化二氧化碳儲槽。彰濱有許多具孔隙的岩層，二氧化碳在高壓下灌注入岩層，會變成流體，儲存在岩層孔隙，久而久之會變成岩層的一部份。
中鋼：面對2050年全球淨零排放，中鋼屬於年排碳量高達千萬噸級的排碳大戶，因而備感壓力，近年客戶要求提高產品使用再生材料比例，2022年要求8%，2023年已達到20％，2024年將上看40%，不積極減碳難以在國際供應鏈體系中生存，因此中鋼近年乃積極投入碳捕集技術，由於煉鋼製程會產生大量的高爐氣與轉爐氣，含有一氧化碳及二氧化碳，透過碳捕集技術收集並加以純化，再經化工製程與氫氣反應，可轉化為甲醇及甲烷等化學品。中鋼於2021年8月27日與中油簽訂合作備忘錄，啟動合作序幕。除了透過製程改善、使用綠電來減少碳排，CCUS技術被中鋼視為邁向淨零的最後一哩路。第一階段以生產技術及驗證技術應用為主；第二階段將建置台灣第一套鋼化聯產示範產線，預計每年減碳24萬公噸；第三階段商業應用，預計每年減碳290萬公噸，並協助石化業每年創造800億元以上產值的潛力，設在中鋼的全臺首座「鋼化聯產」先導工場於2022年12月2日已揭牌落成啟用。
中油：中油於2021年底在大林煉油廠建置實驗級碳捕集設備，初步先設置一座小型試驗工廠，實驗將捕捉後的二氧化碳透過中油煉製技術製成化學品。中油預計在苗栗通霄鑽井，將原本要開採天然氣的區域，改作碳封存試驗，2023年7月25日進入環評初審，決議修正後通過，中油強調，二氧化碳主要灌注在背斜構造高層，且距鄰近斷層有9.8公里，氣體洩漏的機率低。不過多名環委仍不放心，通霄鑽井坪原本要開採天然氣，中油卻未說明油氣分布狀況，應加強解釋新工程是否造成相關風險。
伍、結論：
人類不當生活模式，如燒煤、石油和天然氣等，因而不斷排放溫室氣體，每年產生約300億噸二氧化碳，已導致全球沸騰時代來臨。在使用石油與煤炭仍然是主流的趨勢下，越來越多相關業者乃採取CCUS技術以抑制全球沸騰與極端氣候惡化。根據科學家研究，近60%的石油和天然氣和90%的煤炭儲量必須留在地下，方能將全球升溫抑制在1.5℃以下。然而對經濟主要依賴石油與煤炭的許多國家而言，減少或擺脫對化石燃料的依賴實屬不易。CCUS碳捕集概念已自2021年開始商業化，目前已逾100個工廠，每年碳捕集能力逾4,000萬噸，其中歐美占全球63%。聯合國氣候變化大會將於2023年11月30日至12月12日在石油大國阿聯酋舉行，由由阿布達比國家石油公司執行長賈伯出任主席，2023年10月2日賈伯在石油會議中說服20多家石油公司、涵蓋全球1/4的石油及天然氣產量，加入他為化石燃料供應商籌備「全球去碳聯盟」倡議。賈伯也在國際石油展覽會中鼓勵產業投入CCUS技術研發；然而此提議遭環團認為不符減碳效益，將模糊減碳焦點，恐成延長使用化石燃料的藉口。反對者認為CCUS技術應用僅是亡羊補牢，根本之道乃應投注更多資源發展再生能源技術，而非用能源和成本執行碳捕捉，CCUS是因應淨零壓力下的產物，是一項過度措施，應有退場時程並擬定轉型情境。