【永續發展專題】淨零轉型重要推手：碳捕捉、再利用與封存（CCUS）技術

【吳碧娥╱北美智權報　編輯部】

隨著減緩氣候變遷的意識逐漸提高，《格拉斯哥氣候協議》明確表述減少使用煤炭的計劃，並建立全球碳市場基本規則。國家發展委員會也在2022年3月公布「台灣2050淨零排放路徑策略總說明」，並將「碳捕捉、利用及封存」（Carbon Capture, Utilization and Storage；簡稱CCUS）列為十二項關鍵戰略的其中之一。本篇文章將摘要智慧財產局近日完成的「國際碳捕捉技術專利趨勢分析研究」報告，協助台灣廠商了解「碳捕捉、利用及封存」相關技術的發展概況。

碳捕捉是指以各種方式從發電或工業生產中提取二氧化碳的技術，利用捕捉技術將二氧化碳從排放源中分離出來。由於二氧化碳捕捉後，後續須加以處理才有負碳效果，包括將碳再利用納入循環概念，或將二氧化碳進行封存。再利用資源化或經過濃縮及壓縮後輸送封存，可避免直接排放到大氣中，降低大氣中二氧化碳的濃度，因此「碳捕捉、利用及封存」為國際上公認最有效減少溫室氣體排放到大氣層的技術之一。

碳捕捉技術

由於二氧化碳的捕捉占整體碳捕捉及封存技術（CCS）成本費用近三分之二，因此國際間主要以提高捕捉效率及規模，並降低碳捕捉成本為重點研發方向。二氧化碳捕捉的形式，依燃燒方式可區分為：「燃燒後捕捉」（Post combustion capture, PCC）、「燃燒前捕捉」（Pre-combustioncapture）及「富氧燃燒」（Oxy-fuel Firing），燃燒前捕捉與燃燒後捕捉技術較廣泛應用，其比例分別為40%、54%，富氧燃燒僅占6%，直接空氣捕捉則是尚未被應用[1]。

碳捕捉已發展出許多成熟技術，例如吸收、吸附、薄膜分離、低溫冷凝、生物固定、礦物化、水合物、超臨界處理、直接空氣捕捉、水轉化、電化學、富氧燃燒、鈣循環及化學循環等，以下將簡介吸收、吸附、薄膜分離等三種主要技術。

1.吸收技術：
吸收技術為根據溶液吸收與分離CO2 的方式，可分為兩種：第一種為有隨著物理溶解的物理吸收法，另一種為吸收液中之化學物質與CO2 產生化學反應的化學吸收法。

（1）物理吸收法：
物理吸收法的原理為透過交替改變二氧化碳與有機吸收劑之間的操作壓力與溫度，以實現二氧化碳的吸收，並在吸收飽和之後採用壓力下降或常溫氣提，將二氧化碳分離以使吸收劑再生。然而，物理吸收法僅適合用於CO2分壓高的條件下實施，其在高壓及低溫下吸收時，吸收容量大，吸收劑用量少。

（2）化學吸收法：
此方法為目前二氧化碳捕捉中最常使用的捕捉技術，並且已商業化，是以吸收劑與二氧化碳發生化學反應，並利用其逆反應進行吸收劑再生，以實現回收二氧化碳。

目前化學吸收法相較於物理吸收法更有效率，獲得較高的二氧化碳脫除率，適用於二氧化碳分壓低的處理氣體。

2.吸附技術：
吸附技術是指通過凡得瓦力（物理吸附）或強共價鍵合力（化學吸附）將CO2分子選擇性地吸收到另一種材料的表面上，從而實現富集CO2，這種能選擇性地吸附某種氣體分子的材料被稱為吸附劑。吸附了CO2 的吸附劑可根據其吸附機理不同通過不同的手段再生，同時釋放出被吸附的CO2，實現迴圈再使用。

3.薄膜分離技術
薄膜分離技術為讓排放氣通過薄膜，選擇性地將二氧化碳與其他氣體分離，其原理為利用特殊製造的氣體分離膜與原料氣接觸，在膜兩側壓力差驅動下，氣體分子透過膜的現象，由於不同氣體分子透過膜的速率不同，滲透速率快的氣體在滲透側富集，而滲透速率慢的氣體則在原料側富集。薄膜分離技術主要優點是操作簡單，但缺點是薄膜耐久性差，且分離效率低，因此需要使用二段以上之薄膜分離程式，才能達到一定的分離效率。目前薄膜分離技術所使用之薄膜，依材質分類可包括：多孔性陶瓷、緻密性陶瓷、金屬膜的無機膜與高分子膜。

備註：

1. 參考資料：Technology Scouting -Carbon Capture: From Today’s to Novel Technologies, Concave Report.

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