碳捕捉與封存是氣候變遷解藥嗎? | 台灣環境資訊協會-環境資訊中心

碳捕捉與封存是氣候變遷解藥嗎?

建立於 2016/07/29
作者:柯妤萱

CCS是什麼

碳捕捉(Carbon capture)與封存(Carbon storage)簡稱為CCS(Carbon capture and storage),是一種捕捉工廠所排放的碳並儲存於地下的技術,藉以減緩溫室效應。傳統的火力發電廠得以藉由CCS技術減少發電的碳排量,故化石燃料廠商視CCS為明日之星。

然而CCS的成本居高不下,難以與再生能源匹敵,減碳的能力也不如再生能源。應用該技術的工廠與電廠附近也需要合適的地質,故區域受限。繼續推崇CCS只是延長了化石燃料的壽命,減碳未成,依然有害環境。此外,發展CCS計畫並非國際潮流,台灣實在不必盲目追隨。

乙醇、水泥等工廠與火電廠排出的二氧化碳被分離後,除了販賣外,就經過運輸、壓縮儲存於合適的地質中。來源:Carbon Capture and Storage,NMA。

CCS並非國際主流

目前全球營運中的大型CCS計畫只有15件。在北美,營運中的CCS計畫有10件,但遭終止或延後的就有18件。這樣的窘況在全球皆然[1]

以總量來看,CCS的計畫數目漸漸減少,規劃與評估的動機也有減弱的跡象[2]。營運中的CCS計劃多是用以處理天然氣製程,與發電廠配合的不超過1/10,想以它有效降低發電系統的碳排量實在不易。

全球CCS計畫的投資量也遠遜於再生能源[3]。在美國,電力公司的再生能源投資量是CCS的11倍。殼牌公司環境安全執行副總裁受訪時表示,CCS的發展完全靠政策支撐,技術雖創新卻離不開實驗室,離商業化還很遙遠[4]

成本高貴的CCS

就連熱衷興建CCS計畫、也擁有合適地質的美國,傳統火電廠的成本也已高於未受補助的再生能源,更何況再加上CCS的建設成本。若以煤電廠來看,加上CCS的成本負擔約25美金/千度[5],與再生能源的距離又更遠了。據美國能源資訊署(EIA)的預測,2020年時的CCS電力均化成本(LCOE)高達144.4美元/千度[6],但現在的再生能源就物美價廉。

傳統電廠的成本也已高於未受補助的再生能源,更何況再加上CCS的建設成本。來源:LAZARD' S LEVELIZED COST OF ENERGY ANALYSIS—VERSION9.0,LAZARD。

在能源轉型的德國,就連向來偏貴的離岸風電成本也逐漸下滑,最早可在2020年時擊敗配有CCS的天然氣與硬煤電廠。早在2012年,德國學者就做出該國不需採用CCS的結論。[7]

英國政府於去年取消了十億英鎊的CCS預算,前首相卡麥隆暗示CCS技術沒有作用,而相關計畫的發電成本也將比德國的再生能源昂貴。英國首個CCS計畫的差價合約(CfD)電價預估在150英鎊/千度以上,但再生能源的電價現在就已低於85英鎊/千度[8]。儘管英國能源技術研究所(ETI)今年剛發佈了CCS成本可望降低45%的報告,但做法依然是基於大規模建廠,而非技術的商業化[9]。煤電與CCS的搭配成本已高漲至130歐元/千度以上,這種成本消長趨勢在國際間很明顯。[10]

碳價與碳的價值

碳捕捉的成本昂貴,但分離出的碳售價卻很低。就算是新型超臨界粉煤機組(SCPC)的碳捕捉成本也要超過30美金/噸,但目前碳價在美國約13美金/噸,在歐盟低於5歐元/噸,可謂得不償失[11]

歐盟的碳權憑證發得太多,已是供過於求[12],使得碳價於20年內都難以翻身。若再生能源蓬勃發展,碳的價值也會越低,歐美的CCS計畫無法在近未來依靠賣碳而多些收入,持續賠本的可能又增加了。

投資CCS計畫的決策時常胎死腹中,不過在美國、中東較易成局,這是因為該地能就近將碳賣給石油開採廠商(EOR)。但就連在美國,也有CCS計劃所售的碳太貴而乏人青睞。歐洲的投資計畫也多被延後或取消[13]。麻省理工學院的研究預言,設立了碳排量標準的國家會棄煤而改用天然氣,而非轉投資CCS計畫[14]

CCS減碳不如綠能

CCS的成本過高,收入又低,全靠政府補貼。政府與機構繼續研究與投資CCS計畫的主因,來自於它能減碳的想像。但CCS計畫發展不力,每年只能省下4千萬噸的二氧化碳[15],就算未來規劃全都落實,也只能為地球減下8千萬噸的二氧化碳。根據國際能源署(IEA)估測,若希望全球增溫於2度以內,CCS每年必須省下約16.7億噸二氧化碳[16],但這個願景恐怕過於理想。事實上,由於CCS技術發展遲緩,國際能源署已調降它的減碳貢獻程度。

同樣根據國際能源署,再生能源的減碳效果才是最突出的,節能次之[17],二者與CCS的差距在2030年時已很顯著。憂心環保的工廠或企業採用CCS技術所節省的碳排量貌似驚人,但投資成本低廉的綠能及購買綠電的效益更龐大,精打細算的企業主應考慮二者的成本差異。由氣候組織(The Climate Group)推行的「RE100」計畫號召知名企業響應「百分之百採用再生能源」,例如:沃爾瑪(Walmart,美國跨國零售企業)企圖於2020年前生產70億度綠電、Google欲在2025年前加購三倍的綠電、NIKE自行生產綠電,也鼓勵合約工廠使用與協尋再生能源。管理龐大工廠的計畫參與者,總共在製造部門消耗了50%的再生能源電力。而這些牽動世界命脈的跨國企業認為,採用再生能源才是最直接了當的減碳之策,而非「CCS 100」。

與火力電廠配合的CCS計畫意在降低發電碳排量,再生能源卻能直接取代火力電廠。在美國,透過再生能源配給制度(RPS)所省下的二氧化碳當量就有5.9千萬噸/年,其中絕大多數都是基於綠電取代火電。[18]

台灣的碳排量比例佔不到全球1/%,採用缺乏經濟效益的CCS計畫減碳也難以真正為地球做出貢獻,不如藉著打造綠能與節能計畫降低最多碳排量,不但能塑造商業規模,又適於國家外交宣傳,一舉三得。

CCS相伴的火電依然有害

CCS計畫固然能為個別火電廠降低碳排量,但仍遠高於再生能源。這種看似低碳的宣傳延長了化石燃料產業的壽命,對環境依然不夠好。[19]

聯合國環境規劃署認為,就算搭配了CCS計畫,火電廠在公共衛生和人體健康的負面影響依然遠大於再生能源,對水質、土地等的毒害亦同。[20]

此外,發展CCS技術更有可能讓世界耗用更多化石燃料。就算我們決定讓全球增溫少於2度C並依此遵守碳排量的總額限制,CCS計畫所降低的碳排量反而能容許更多化石燃料遭到開採。根據倫敦帝國學院(Imperial College, London)永續天然氣研究所分析,化石燃料能借助CCS的應用於35年內增加11%開採量[21]

但自然科學期刊(Nature)的一篇研究指出,若想控制暖化少於2度C,需讓88%的全球煤炭蘊藏量長眠地下[22]。在考慮CCS技術的負面影響與對廠商的「產業價值」後,制訂國家能源戰略的方向應該很明確了。

碳儲存未解的疑問

發展CCS計畫需就近尋找合適的地質,但台灣的地理環境卻被全球碳捕獲與封存研究院(Global CCS Institute)評為「受限」。筆者希望我國政府能仿效歐洲公開具體的地質資訊,以供各方評估。

但台灣的地理環境卻被全球碳捕獲與封存研究院(Global CCS Institute)評為「受限」(黃色),可能不適合大量發展CCS計畫。來源:The global Status of CCS | 2015,Global CCS Institute。

根據麻省理工學院研究所言,碳儲存成功與否難以確知,需要詳加調查電廠附近是否有足夠的油氣儲集層,以供長期存放鉅量的二氧化碳。此外,在儲集層內注入二氧化碳可能引發小地震而改變地下環境,進而導致二氧化碳逸散。史丹佛大學的研究還認為,大型CCS計畫的風險不但很高,也因為儲存的問題難解而無法成功應對氣候變遷[23]

結論

儘管歐盟等政府與國際機構皆為CCS技術美言再三,但它帶來的經濟效益與減碳效果頗為遜色。這種難以商業化的技術乍看潔淨,卻是為了高污染的能源服務,並非人類之福。減碳固然是全球趨勢,但務實地說,台灣的碳排量佔不到全球1%,推動CCS計劃也不如中、美等排碳大國執行的力道強。更何況CCS技術並非國際減碳主流,面對來勢洶洶的再生能源實在缺乏勝算。希望台灣政府與社會能考量小國財源有限、再生能源蘊藏量豐富的現實,全力推動符合在地產業與環保所需的再生能源政策,而不是分散資源於難以減碳的CCS計畫。


【註解】

  1. 目前全球營運中的大型CCS計畫只有15件。在北美,營運中的CCS計畫有10件,但遭終止或延後的就有18件。這樣的窘況在全球皆然。
    資料來源:Carbon Capture& Sequestration Technologies @ MIT Date modified March 31, 2016
  2. 以總量來看(左圖),CCS的計畫數目漸漸減少,規劃與評估的動機也有減弱的跡象。營運中(右圖)的CCS計劃多是用以處理天然氣製程。
     
    資料來源:Bridging the gap: improving the economic and policy framework for carbon capture and storage in the European Union, Grantham Research Institute on Climate Change。 
  3. 與風能、太陽能相比,全球CCS的投資極少。
    資料來源:SaskWind。
  4.  Is Europe failing energy innovators?
    美國電力產業投資於商用再生能源的比例是66%,CCS是11%。資料來源:2016 STATE OF THE ELECTRIC UTILITY SURVEY,Utility Dive。
  5. 若以煤電廠來看,多負擔CCS的成本很高,約25美金/千度。
    資料來源:SEEING IS BELIEVING: CREATING A NEW CLIMATE ECONOMY IN THE UNITED STATES,World Rescorces Institute。
  6. 美國能源資訊署預測,2020年時的CCS電力均化成本將高達144.4美元/千度。
    資料來源:ANNUAL ENERGY OUTLOOK 2016,EIA。
  7. 德國的離岸風電(藍線)成本最快在2020年能低於配有CCS的天然氣(橘虛線)與硬煤(黑虛線)電廠。
    來源:Integrated assessment of carbon capture and storage(CCS)in the German power sector and comparison with the deployment of renewable energies,Peter Viebahn,Vallentin Daniel,Höller Samuel。
  8. Prime Minister implies CCS technology 'isn't working'
    CCS計畫的差價合約(CfD)價格:Lessons Learned - Lessons and Evidence Derived from UK CCS Programmes, 2008 – 2015,Carbon Capture & Storage Association
    Contracts for Difference(CFD)Allocation Round One Outcome,DECC
  9. 儘管英國能源技術研究所(ETI)發佈報告CCS成本可望降低45%,但是基於大規模建廠來降低成本。 REDUCING THE COST OF CCS,ETI
  10. 2014年,Agora智庫估計英國的CCS成本將比德國的再生能源昂貴。
    資料來源:Comparing the Cost of Low-Carbon Technologies: What is the Cheapest Option?,Agora。
    國際間的能源成本消長趨勢很明顯,煤電與CCS的搭配成本已漲至將近130歐元/千度以上。
    資料來源:The Power Market Pentagon,Agora。
  11. 各地區的碳價查詢:http://www.ghginfo.org.tw/cbprice1.php
    美國碳捕捉成本:CCS COST NETWORK 2016 WORKSHOP,IEAGHG
  12. 歐盟的碳權憑證發得太多,供應過剩的累計量(藍色)已大於需求量(灰色,每年預估碳排量)。
    資料來源:The Power Market Pentagon,Agora。
  13. 投資CCS計畫的決策時常胎死腹中。
    資料來源:The global Status of CCS 2014,Global CCS Institute 
  14. 麻省理工學院的研究指出,美國CCS計劃的碳太貴而乏人青睞;設有碳排量標準的國家會棄煤而改用天然氣,而非轉投資CCS計畫。資料來源:Rethinking CCS - Strategies for Technology Development in Times of Uncertainty,Jan Eide MIT Energy Initiative
  15. 22件CCS計畫每年只能省下4千萬噸的二氧化碳,就算未來規劃全都落實,也只省下8千萬噸,離國際能源署為CCS設置的450情境減碳目標仍遠。資料來源:Global Status of CCS:2015,Global CCS Institute。
  16. 國際能源署預估,若希望地球的上升溫度在2度以內,CCS在30年內必須省下約16.7億噸二氧化碳/年,累計約500億噸。資料來源:Energy Technology Perspectives 2015: Mobilizing Innovation to Accelerate Climate Action,IEA。
  17. 再生能源(綠色)的減碳效果最優秀,節能(藍色)次之,核能與CCS分列第三與第四。
    資料來源:Tracking Clean Energy Progress 2015,IEA。
  18. 美國的再生能源已在2013年成功降低了3.6%的火力電廠發電量。透過再生能源配給制度(RPS),2013年的美國所省下的二氧化碳當量就有5.9千萬噸,其中多數都是基於綠電取代火電。資料來源:A Retrospective Analysis of the Benefits and Impacts of U.S. Renewable Portfolio Standards,NREL。
  19. CCS計畫固然能為個別火電廠降低碳排量,但仍遠高於再生能源。
    資料來源:GREEN ENERGYCHOICES: THE BENEFITS, RISKS AND TRADE-OFFS OF LOW-CARBON TECHNOLOGIES FOR ELECTRICITY PRODUCTION,UNEP。
  20. (上圖)搭配CCS的火電廠在公共衛生和人體健康的負面影響遠大於再生能源。(下圖)搭配CCS的火電廠對水質、土地等的毒害遠大於再生能源。
    來源:GREEN ENERGYCHOICES: THE BENEFITS, RISKS AND TRADE-OFFS OF LOW-CARBON TECHNOLOGIES FOR ELECTRICITY PRODUCTION,UNEP。
  21. CCS的應用能在2050年前讓化石燃料增加11%的使用量,在2100年前增加32%。
    來源:CAN TECHNOLOGY UNLOCK UNBURNABLE CARBON? WHITE PAPER,Sustainable Gas Institute,Imperial College London。
  22. 自然科學期刊(Nature)的一篇研究指出,若想控制暖化少於2度C,需讓88%的全球煤炭蘊藏量長眠地下:Roadmap for A Renewable Energy Future,IRENA
    The geographical distribution of fossil fuels unused when limiting global warming to 2 °C,Christophe McGlade & Paul Ekins
  23. Earthquake triggering and large-scale geologic storage of carbon dioxide,Mark D. Zobacka and Steven M. Gorelickb,Stanford University

【參考資料】

  1. 「2016能源技術展望:邁向永續都市能源系統」重點評析。國際能源署2016年版的能源減碳貢獻估計圖表可參考下列網址。能源效益的減碳貢獻度略減為38%,再生能源提升至32%,CCS降低為12%。
  2. 冰島新研究將二氧化碳變礦石 是環保突破還是假像?