再怎麼減碳,人類的活動還是會排放二氧化碳,「碳捕獲」成為淨零碳排最後一哩路。國際能源署(IEA)統計,2021年全球宣布將新設的碳捕捉廠,比2020年大增1.5倍。工研院「打造淨零時代競爭力」論壇暨特展,透過主題座談分享碳捕獲與應用技術,同時邀來中鋼、中油和台電,分享如何運用碳捕獲邁向零碳。

CCUS是邁向淨零最後一哩路

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行事曆icon 2022/11/14
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CCUS是邁向淨零最後一哩路

撰文/陳怡如

再怎麼減碳,人類的活動還是會排放二氧化碳,「碳捕獲」成為淨零碳排最後一哩路。國際能源署(IEA)統計,2021年全球宣布將新設的碳捕捉廠,比2020年大增1.5倍。工研院「打造淨零時代競爭力」論壇暨特展,透過主題座談分享碳捕獲與應用技術,同時邀來中鋼、中油和台電,分享如何運用碳捕獲邁向零碳。

英國首相強森(Boris Johnson)在去年G20羅馬峰會上說,如果各國無法做出更具挑戰的國家減碳承諾,人類文明可能就跟羅馬帝國一樣瞬間崩解。減碳,不僅是產業,更是全人類的生存之道。

工研院副總暨材料與化工研究所所長李宗銘指出,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捕獲、封存、再利用,對減碳目標將是一大助益,也就是目前業界熱烈談論的「二氧化碳捕獲、封存與再利用技術」(CO2 Capture, Utilization and Storage;CCUS),「這是減碳的最後一哩路!」

事實上,CCUS不是最近才出現的概念,早在70年代就有概念驗證和相關技術推展,而臺灣從2000年的能源國家型科技計畫開始,從學界到工研院也紛紛投入CCUS的研究開發。到了2015年,全球減碳意識升溫,工研院將研究規模擴大,同時結合國內的石化、鋼鐵、台電等業者共同投入。

李宗銘表示,目前從煙道中排出的二氧化碳,濃度只有15%,只能當作廢氣,但如果透過捕獲技術,將二氧化碳濃度提升至99%以上,就能用來再製成甲烷、甲醇、乙烯、丙烯等石化原料,加工後可製成各種日常用品,「未來是得碳者得天下!二氧化碳會變成大家爭著要的東西,帶動新的碳經濟,」李宗銘說。

石油巨擘埃克森美孚(ExxonMobil)就預估,2040年全球CCUS的潛在市場高達2兆美元,年增率35%;三菱重工則預估,2050年碳捕獲設備市場達2.4兆歐元,商機潛力無窮。


掌握減碳技術 就能掌握商機

工研院材化所組長温俊祥指出,目前碳捕獲有2種方式,一是透過物理方法,使用孔洞材料吸附二氧化碳,就像冰箱有異味,會放活性碳除味一樣。二是透過化學方法,二氧化碳是酸性氣體,加上鹼性液體就能運用簡單的酸鹼作用捕捉二氧化碳。

除了氣候危機造成減碳意識提高,未來碳排代價也愈來愈高,今年2月,歐盟碳價來到高峰,每噸高達90歐元,目前1噸碳的捕獲成本大約是60歐元,「碳定價已高過捕獲成本,有助於CCUS加速落實,」温俊祥說。

根據IEA指出,全球碳捕獲量需求,從2020年4,000萬噸,到2030年16.7億噸,至2050年將高達76億噸,成長驚人。而在臺灣,以二氧化碳為原料生產的化學品,年產值達新臺幣220億元,每年共消耗約27萬噸二氧化碳,未來CCUS前景可期。

工研院材化所副組長許希彥也指出,氫化是最容易發生也是最快反應的方式,目前將二氧化碳透過氫化反應再製成甲烷、甲醇和一氧化碳這3個原料的技術相對成熟,未來實現工業化進展最為快速,適合石化上游廠商承接。

若應用在中下游廠商,則能將二氧化碳轉換成PU產品,特別是環保無毒的非異氰酸酯聚氨酯(NIPU)產品開發,可應用在環保型的合成皮革、家具家飾面材、防水塗料、防滑塗料上,目前工研院在這兩面向皆有投入研發。

由於電廠是臺灣目前最大的碳源排放,工研院材化所組長汪進忠指出,臺灣目前發電量2,700億度電,2050年將成長至5,000億度,預估屆時將有超過1億度電與CCUS相關。他也透露,工研院先前也與台電公司合作,在臺中火力發電廠減碳技術園區,設置二氧化碳捕獲示範系統,協助臺灣產業建立自主的技術發展能力,突破減碳技術障礙。


鋼化聯產 中鋼讓碳化身有價商品

對於產業界所面對的「三碳壓力」,中鋼很有感。中鋼總經理王錫欽表示,所謂的「三碳」就是「碳中和、碳定價、碳關稅」,碳足跡盤查也是業者所面臨的重大挑戰之一。舉例來說,中鋼有客戶要求供應的鋼品,所使用的再生材料(廢鋼)比例從去年的8%提高到今年的20%,明後年要求的比例將更高。

為因應2050淨零碳排,中鋼過去這一年不僅聘請國外顧問諮詢,也跟國外鋼廠交流,花了約1年完成短期減碳,中長期則以「先低碳再零碳」的兩階段碳中和路徑擘畫,提出添加直接還原鐵(HBI)取代鐵礦、高爐噴氫取代噴煤等八大路徑。中鋼也特別聚焦在「鋼化聯產」的技術布局,將中鋼副產燃氣的一氧化碳跟二氧化碳捕獲純化,再提供予化工廠製成高價化學品,讓碳發揮所長,創造更高應用價值。

「減碳是Evolution(漸進式的改善),而淨零碳排是Revolution(躍進式的創新),」王錫欽指出,要做到淨零碳排,仍需面對技術、資源和資本等三大挑戰。以技術面來看,這八大路徑都是未來才能發展成熟的前瞻技術,挑戰難度之高,故應選擇多元路徑,備好需求技術及布局需求資源,依成本有效及生產高級鋼等考量來選擇最適路徑。

此外,目前全世界碳捕獲的量只有4,000萬噸,據國際能源署預估,2050年全球碳捕獲的需求高達76億噸,在資金上未來要做大規模的設備改造,也需要極大的投資,例如日本鋼廠就預估設備改造需要5兆日圓之多。

王錫欽說明,中鋼現已經展開相關布局。技術方面,成立氫能冶煉研究中心,進行前瞻技術開發;資源方面,也研究綠氫資源的可能來源。另外,王錫欽表示,現在的競爭是生態體系的競爭,中鋼位於國內鋼鐵產業最上游,只有中鋼做好還不夠,會採行「以大帶小」的方式,與鋼鐵公會合作協助國內鋼鐵業先建立碳盤查系統,因為只有清楚了解自己的製程排碳狀況,才能找到改善點。


台電試驗CCS 目標百萬噸規模

「電與排碳息息相關,台電無法迴避成為排碳大戶,」台電綜合研究所所長鍾年勉直言,將近一半的碳都是台電煙囪排出來的,如何降低排碳係數,成為台電經營的重中之重。過去台電一直配合政府的能源轉型政策,從低碳到淨零再到零碳的方向持續推動。

在減碳路徑上,若要達到淨零,在電源端就要用零碳燃料,如氫能、氨能和CCUS,預期至2050年,台電的含碳燃料只剩下20%~30%,「減碳量這麼大,一定要透過CCUS,但也不能單靠Utilization(再利用),還要靠Storage(儲存),台電要預先準備。」

早在10年前,台電就在彰濱做過調查,發現彰濱外海有非常大的儲存潛力。近年則在臺中火力發電廠內設置減碳園區,打造國營事業首座碳捕捉廠,規劃小規模碳捕集設施、微型碳捕集測試區,已證實能捕獲一定的能源量,而且可以做到90%的純度,現階段目標是要把每年捕捉的二氧化碳放大到2,000噸,「這會是台電的里程碑!」

這些試驗都是為了在2025年到2035年間,能達到100萬噸的規模。鍾年勉指出,這個目標不只要克服技術難題,現階段最需要立即投入的是法規推動,目前臺灣已提出碳封存的相關法規和沙盒計畫,完備法規指日可待。


中油規劃兩大路徑 加速落實CCUS

面對急迫的減碳需求,中油內部成立氣候變遷因應工作小組,由董事長擔任召集人,總經理擔任副召集人,下設低碳發展中心和製程節能中心,分工8小組落實推動。在減碳技術方面,中油煉製研究所副所長王逸萍表示,曾文生次長所提的「風光熱海氫儲匯」7字訣,也就是風力發電、太陽光電、地熱、海洋能、氫能、儲能、碳匯,除了海洋能之外,中油皆已投入。

在減碳策略上,中油內部也有6字箴言:「優油、減碳、節能」,其中CCUS便是重點工作之一。她透露,公司內部各煉化廠訂有每年提升能源效率1.7%的減碳目標,未來5年將投入50億投資34項計畫,減碳37萬公噸。

在CCU的規劃上,中油從兩個面向著手,第一是研發技術的建立,包括碳捕獲與利用、觸媒開發、能耗控制、製程設計,都將進一步研究調整。今年中油將在大林煉油廠建置實驗級碳捕獲與再利用設備,透過小型試驗工廠,進行二氧化碳捕獲及再轉化成甲醇的技術驗證。第二是商業製程的引進,中油已訂立期程,規劃於2030年建置100萬噸的CO2捕獲設備,目前積極與國外廠家聯繫,進行可行性評估。

CCUS的出現,不僅讓人類「欲除之而後快」的二氧化碳可循環再利用,更帶動全新的產業鏈與經濟模式,在2050年新的碳經濟時代,考驗著臺灣能否搶得先機,再創新的綠色商機。

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