2011/10/05
經濟部能源局
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▓撰文╱圖片提供：歐陽湘、徐恆文、董倫道、廖啟雯
我國1990年的二氧化碳排放量為110.8百萬噸，2000年達215.4百萬噸，2005年成長至251.6百萬噸，2010達到254.5百萬噸，不斷攀升。由於二氧化碳捕捉與封存（CCS）技術至2020年可望達成1.6％的CO2減排量，極具發展潛力，因此，經濟部於2010年1月18日成立「CCS研發聯盟」，成員包括：經濟部能源局、台電公司、台灣中油公司、中鋼公司等單位，工研院則扮演協助的角色，共同推動相關之研發及示範工作。現階段CCS研發聯盟的主要任務在於2012至2014年間完成CO2捕獲先導型示範試驗廠建立，以及CO2地質封存示範場址之建置工作。
能源局積極推動CCS技術研發應用
經濟部能源局於2009年委託工研院進行CO2捕獲封存技術發展的總體規劃，主要內容包括：設定CO2捕獲的實施對象以大型固定排放源為主（如電廠、鋼鐵廠、石化廠、水泥廠），中小型固定排放源為輔；考量國內能源結構及消費型態，捕獲技術發展則以燃燒後捕獲的固體吸附╱吸收技術為優先，如鈣循環捕獲技術及中孔徑矽基吸附材（Mesoporous Silica-based particles, MSP）；前瞻捕獲技術則以富氧燃燒以及燃燒前捕獲的化學迴路法為目標。
鈣循環捕獲技術主要是以天然石灰石所含碳酸鈣（CaCO3）先經過高溫攝氏850度鍛燒產生石灰（CaO）；石灰再與工業排氣（例如電業、水泥業、鋼鐵業）中的CO2反應生成碳酸鈣，再送入鍛燒爐鍛燒將捕獲之CO2釋放出來，而釋出之CO2經由收集及壓縮後提供進行封存與再利用。經實驗顯示，捕獲CO2效率可達98％以上。能源局與工研院預定於今（2011）年底完成1.9MWth鈣循環捕獲CO2示範廠的規劃設計，並預計於台灣水泥公司花蓮和平廠區建置此一CO2捕獲示範廠。
除了CaCO3╱CaO循環捕獲CO2技術之外，工研院亦在能源局支持下發展中孔徑矽基吸附材（MSP），目前已完成每小時1公斤量產機台之建置，未來將以量產及降低成本為目標。由於MSP為固體吸附材，具有便於移動運輸的優勢，未來的應用可先從中、小型排放源的CO2捕獲著手。
封存場址潛力龐大
經由CO2捕獲技術所分離出來的高純度二氧化碳數量極為龐大，必須長期穩定的儲存並與大氣隔離，才能達到溫室氣體減量之目的。目前國際間都認為地質封存方法是最為實際可行，根據IPCC於2005年整理之全球地質封存潛能評估結果顯示，舊油氣田的潛在封存容量約為6,750～9,000億噸，難開採煤層約為150～2,000億噸，而深層鹽水層則約為10,000～100,000億噸，顯示深層鹽水層具有龐大的封存潛能，且較不受區域性構造限制，未來做為CO2注儲地點的空間相對增大。
工研院於2009年開始進行區域性的二氧化碳地質封存場址評估分析，綜整台灣西部地區中油公司歷年探勘成果並於重點地區進行補充調查，研究成果顯示台灣西部深層地下鹽水層（沉積岩層）的穩定區塊分布在地質基盤高區附近。封存潛能則評估顯示，台灣西部海域之前陸盆地的沉積岩層，由桃園縣至彰化縣濱海區域，其封存潛能介於90億噸至680億噸之間。國科會的研究將評估範圍更往南延伸至台南、高雄一帶，估算封存潛能介於136億噸至953億噸之間。中油公司評估台灣陸域的14處油氣構造約可儲存28億噸的CO2，若將其上的鹽水層亦納入估算，則封存潛能將更大。
二氧化碳以超臨界狀態注入封存地層後，如何監測二氧化碳團塊在地層中的移棲，是極為重要的課題。工研院透過與美國麻省理工學院（MIT）的國際合作，先期建立擬三維的地層震波速度與電阻率併合成像技術，提升對地層構造與特性的解析度。與美國MIT之合作也包括建立微震雙差分層析成像定位（tomoDD, Tomography Double Difference）分析技術，微震監測在二氧化碳注儲之前，可用於瞭解注儲區域內岩體的結構，包括既存的斷層或裂隙等的位置；在注儲開始之後，則可做為監測是否引發岩層破裂的有用工具，提供注儲操作之參考。工研院亦與美國國家實驗室合作，建立CO2傳輸與地化反應模擬的技術與分析能力。
各司其職，推促CCS向前行
目前經濟部「CCS研發聯盟」的成員也都紛紛投入CCS的技術研發。中鋼公司與由清大、台大及台科大組成的研究團隊合作進行化學吸收法CO2捕獲技術發展，並與成大合作發展富氧燃燒前導試驗系統。台電公司則由綜合研究所負責捕獲技術研發，主要以CO2固定化與再利用為主；台電電源開發處則負責推動中部濱海地區的封存潛能評估與候選場址評選的工作。中油公司則透過既有油氣田探勘與生產所累積之陸域深鑽井資料，進行二氧化碳地質封存的評估工作，2011年6月也與Schlumberger公司合作，評估與規劃未來利用枯竭油氣田進行二氧化碳灌注先導試驗之工作。CCS的技術發展攸關國家的經濟建設、能源安全及環境永續，我國必須加緊研發腳步，才能於2020至2025年間展開大規模應用，達成政府的減量目標。（作者任職於工研院綠能所）