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【氣候變遷Q&A】(13) 什麼是碳捕捉與封存技術?碳捕集技術的主要形式?

2011年08月25日
本報2011年8月25日綜合外電報導,陳巾眉編譯,蔡麗伶審校

※什麼是碳捕捉與封存技術?

一旦捕集完二氧化碳,需要將其液化,並埋藏在地質結構內,像是地下鹽水層或是廢棄的油田。圖片節錄自:英國衛報報導/Sipa Press/Rex Features 。碳捕集與封存(Carbon capture and storage,簡稱CCS),指的是收集與埋藏二氧化碳的技術,避免進入大氣層造成溫室效應。

碳捕集與封存,或是簡稱為CCS(Carbon capture and storage)或是碳封存(carbon sequestration)技術;這一類別的技術旨在捕捉二氧化碳以減緩全球暖化─從發電廠、工業場所、甚至直接從空氣中捕集二氧化碳─然後永久地儲存在地底下。

有些科學家相信,除非廣泛地應用CCS技術在現存以及未來的發電廠,否則世界很難依據科學性建議達到減少溫室氣體的排放。相對地,有些遊說者爭論CCS技術無法達到符合經濟效益的商轉規模,並且因為信賴這不切實際的「清潔煤炭」技術,而減緩朝向可再生能源發展的速度。

現階段至少有三種不同的CCS系統可應用在發電廠;燃燒前處理、燃燒後處理、富氧燃燒(post-combustion, pre-combustion and oxyfue)。牽涉其中的大部分技術已經被證實是可行的,
但是目前為止,CCS各階段的技術只應用於小規模的試行計畫之電廠,像是德國北部的12MW電廠Schwarze Pumpe.

專家們對於商業運轉規模CCS的技術可行性和經濟效益抱持著分歧的看法,但是每個人都同意CCS技術的價格不可能低廉,發電廠約40%的能源產生可能最終被使用在CCS設備的運轉和運輸補集的二氧化碳。估計約需花費10億英鎊才能將英國現存的老舊發電廠更換CCS設備。

一但二氧化碳被補集後,還需要經過液態化和運輸的過程,運輸距離有時高達幾百英哩,才能被埋藏在適合的地質結構裡,無論是地下深處的鹽水層或是廢棄的油田井。將捕捉來的二氧化碳儲存在廢棄油田井裡的處理過程稱為「提高石油開採率」,將二氧化碳打入油田可取得殘餘且難以開採的石油。

※碳捕集技術的主要形式?

蘇格蘭Longannet發電廠控制室。蘇格蘭電力公司試行計畫,將從燃煤火力發電廠捕集二氧化碳。圖片節錄自:英國衛報報導/ Murdo Macleod 。現階段有三種碳捕集和封存技術(carbon capture and storage,簡稱CCS) 能夠協助減少火力發電廠和工廠的溫室氣體排放量:燃燒前處理、燃燒後處理、富氧燃燒(post-combustion, pre-combustion and oxyfue)。

  • 燃燒後處理式(Post-combustion)CCS技術

此種技術,是將二氧化碳從電廠的煙氣(flue gas)中分離,藉由液體溶劑(像是氨)來吸收溫室氣體。在最廣泛使用的系統,一旦吸受器內化學物質飽和後,一股加熱後約120度C的氣體通過後,將釋放出被捕集的二氧化碳,接下來就會被運送到其他地方儲存起來。

另外一種試驗性的技術,不需要兩步驟即可從煙氣中分離二氧化碳,藉由海水吸收氣體,再將混和物注入海洋內做長期儲存。不過,截至目前為止,這些方法被證實是效率較低與較不可靠的。

  • 富氧燃燒式(Oxyfuel)CCS技術

當煤、石油、天然氣在空氣中燃燒後,二氧化碳佔廢氣組成的3~15%─若要分離出二氧化碳是非常困難與耗能源的。另一種可行的方式是將燃料在純氧中燃燒。在這樣的環境裡,燃燒產生的廢氣成分很單純,只有二氧化碳和水蒸氣。水蒸氣可被降溫凝結排掉,二氧化碳則直接運輸到儲存設備。

在富氧燃燒系統,最大的挑戰是要將非常大量的空氣分離出液態氧、氣態氮、氬和其他微量氣體。這樣的過程會消耗電廠15%的輸出能源。

  • 燃燒前處理式(Pre-combustion)CCS技術

此種方法通常應用於燃煤氣化循環式發電廠(coal-gasification combined-cycle power plants)。燃煤被氣化後產生由一氧化碳和氫氣組成的合成氣體。一氧化碳和水反應後產生二氧化碳,即可被捕集;反應也會產生更多的氫氣。氫氣可以被送到渦輪機燃燒後產生電力。另一方面,氫氣也可以用來填充汽車的氫氣燃料電池。

此種技術的缺點是無法和舊有的燃煤火力發電廠結合,而這些舊型發電廠佔了世界上絕大部分的火力發電廠。燃燒前處理技術也可能和天然氣發電廠結合,藉由甲烷和蒸汽反應產生一氧化碳和氫氣。但是燃燒前處理技術的經濟效益仍然還未被證實。