工業部門節能減碳技術

▓撰文：呂錫民

全球工業部門耗能大約占最終能源使用的三分之一，排放能源相關溫室氣體約40％。這幾十年來，歸功於工業部門相關技術領域的精進，製程技術能源效率已經改善很多，二氧化碳排放強度也已大幅下降，然而，此一效益已被工業生產的與日俱增而抵銷。因此，工業部門總能源消費和二氧化碳排放仍然持續增加。未來的能源使用和排放預測顯示：如果再不採取斷然措施，這些趨勢將會持續發展下去。

5大能源密集產業減排最佳可行技術解析

工業部門二氧化碳排放如果要大幅削減，採取最佳可行技術（Best Available Technology, BAT）將是勢所難免，一系列新技術的廣泛應用與發展布局更是如箭在弦。技術轉型迫在眉睫，如果要避免全球氣候變化嚴重衝擊，工業部門排放必須在未來10年減量更多。此外，全球各區域必須做出一致努力，才能使二氧化碳產生有效減排。經合組織（OECD）成員國本身即代表著當前全球工業二氧化碳排放的33％，因此單獨行動將不足以做出有用的減排效果。因為工業部門的生產將在非OECD國家持續增加，所以在2050年以前，如果沒有採取任何進一步的行動，非OECD國家將占全球工業二氧化碳排放的80％。

基此，節能減碳措施需要在整個工業界展開，尤其是5個能源最密集的產業更是至關重要，亦即：鋼鐵、水泥、化學和石化、紙漿和造紙與製鋁。目前這5個產業占整個部門二氧化碳排放的75％，比重龐大，是以分別說明該5項產業的減量可行性。

一、鋼鐵

就鋼鐵產業而言，現有BAT的全球布局能夠提供約20％的節能潛力。鑑於舊有煉鋼產業的內在節能技術之有所限制，所以，例如熔融還原（Smelt Reduction）新技術，將是未來趨勢，而燃料轉換（Fuel Switch）亦將有助於排放的減少。從高爐（Blast Furnace）切換到以氣體直接還原鐵技術（Direct Reduction Iron, DRI）可以減半排放，當然，這些尚須取決於廉價滯留性天然氣（Stranded Gas）的可用性。至於生質能（木炭）、廢塑膠和零碳電力（如太陽能發電）也提供一些好的機會。碳捕獲與封存（Carbon Capture and Storage, CCS）則是一個重要選項，它能夠提供鋼鐵部門在未來的大幅減排。鋼鐵產業的大型二氧化碳捕捉試點專案必須盡快實施，以便更能瞭解不同二氧化碳的捕獲方法之效果和成本效益。

二、水泥

減少水泥部門的二氧化碳排放是非常具有挑戰性的，因為製程當中主要產品如熟料（Clinker）的碳排放量非常高，該製程當中二氧化碳的每年排放就有約1.2Gt（1.2×109 tons）。現有工廠的能源利用效率提高、新工廠的BAT投資，並增加替代性燃料使用和熟料替代品，可減少當前能源使用約21％，但是這仍不足以實現未來淨排放的減少。水泥生產中的新技術應包括CCS。到2050年，CCS技術可以減少該部門的二氧化碳排放量達1.0Gt。除了採取緊急行動之外，亦應支援水泥生產的CCS示範與發展。就長期而言，新的零碳排放製程需要開發出來。

三、化學和石化

化學製程的最佳可行技術之充分應用可以實現每年5.2EJ（5.2×1018 joules）或約15％的能源節約。額外的措施，例如：製程強化與整合、更廣泛使用汽電共生（Combined Heat and Power, CHP）、廢塑膠回收利用和能源回收的生命週期優化，可以節省額外的5EJ最終能源。但是，存在不少嚴重阻礙將限制這種理論性潛力開發。為了實現部門未來二氧化碳排放減少，必須開發並成功應用一系列新技術。這些措施包括新型烯烴生產流程，例如：更廣泛使用催化劑、薄膜及其他新的分離過程、程序強化和開發以生質物為基礎的化學品和塑膠。此外，氨、乙烯的CCS以及大規模CHP應用將需要開發，因為大部分的碳是儲存在於化學與石化產品當中，所以有關生命週期計算在此部門是特別具有價值的。

四、紙漿與造紙

能源效率的提升和減碳措施的實施，使得紙漿和造紙部門具有很大的節能減碳潛力。使用最新BAT可以節省該部門25％的能源使用。減少部門排放還需要考慮額外能源效率的提高、切換燃料為生質能和增加CHP的使用。針對紙漿與造紙的新減排技術，包括：黑液氣化、木質素去除、生質物氣化和CCS，將能夠充分提高減排效果。

五、鋁

大部分鋁業能源消耗場合在於冶煉用電，與目前的水準相比，實施BAT的效益是有限的，減少能源使用的潛力僅有12％。其他重要的選項尚包括：減少精煉過程中熱能損失、改善製程控制和熔煉爐節電等。由於煉鋁製程耗費大量電能，相對的也排放不少二氧化碳，因此，就長遠來看，搭配零碳電力的使用如風力或太陽能等，將是煉鋁部門減少二氧化碳排放量的最大機會。新近開發的技術如：濕式排出陰極法（Wetted Drained Cathodes）、惰性陽極法（Inert Anode）或碳熱還原法（Carbothermic Reduction）等技術，如果這些技術能夠商業化，也將提供不少減碳機會。

結論

如表1所示，工業部門的一般BAT可包括：CHP、高效率馬達與蒸汽系統、廢熱回收與再利用。在燃料與進料轉換方面，生質能廣泛使用將是重要措施。最後，如果要真正達到全面化減碳目標，CCS將是未來最關鍵的技術。（作者為台灣大學能源研究中心研究員）