2010/01/05
經濟部能源局
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▓撰文：翁鳳英
自從工業革命以來，地球上封存億萬年以來的化石原料不斷地被挖掘提煉出來，以供應人類在能源上日益不斷升高的需求量。一般人的生活改善了，但卻也因此使大氣層中的二氧化碳量增加，造成溫室效應而導致氣候變遷，所形成的效應可從近幾年來全球各地陸續發生的天氣災害可見一斑。目前的環境議題已經不再是遙遠的明日課題，而是迫在眉睫的大事。
現在幾乎全世界都關心的課題均在於如何降低二氧化碳的排放量，因為只有降低二氣化碳的排放量才能減緩對環境的破壞，也才能保住大家的生存空間。其中發電廠（尤其是火力發電廠）所排放的二氧化碳若能運用有效的科技，加以抽離並封存起來，則可減少大氣層中二氧化碳的含量。
二氧化碳捕捉與封存技術
2007年6月在德國柏林附近的布蘭登堡，有一座由歐盟國家共同支持的名為二氧化碳封存計畫CO2 SINK進入試驗營運狀態，該計畫包括深入地底的可封存6萬噸的二氧化碳的封存空間，二氧化碳輸送管與監測系統等，這個計畫所採取的技術即為：二氧化碳捕捉與封存技術（Carbon Capture ＆ Storage, CCS）。
二氧化碳捕捉與封存技術理想中為具發電效率良好的電廠所運用，此種電廠以較低的成本燃料發電但產生相對較少量的二氧化碳，進而利用CCS技術將二氧化碳運輸至安全地點，並永遠封存起來不漏出。
CCS技術的研究發展重點，在於促使能源利用與環保之間取得平衡，偵測儲存槽內的化學變化和反應，以及想辦法改善儲存槽的安全性與耐久性。事實上，處理二氧化碳並非新領域議題，以往或現在於採取油源或瓦斯時，必須往地底注入高壓二氧化碳，提高壓力才能使原油或瓦斯上升方便採取，而採取出來的原油或瓦斯往往夾帶著二氧化碳，這些二氧化碳必須自原油或瓦斯分離出來重新注入地底封存，才不致排放至大氣層中。
德國聯邦政府長久以來支持相關技術的研發，幫助電廠減少二氧化碳的排放，例如德國商業與技術部（Bundesministeriums fuer Wirtschaft und Technologie, BMWi）所支持的二氧化碳減量技術計畫（CO2-Reduktionstechnologien, COORTEC），除了強調增進電廠的發電效率外，還針對煙道氣二氧化碳分離以及如何安全運輸二氧化碳進行研發。至於二氧化碳的封存，則由教育與研究部（Bundesministeriums fuer Bildung und Forschung, BMBF）所支援的地質科技計畫提供可行技術與資訊參考。
二氧化碳捕捉、輸送與封存
二氧化碳捕捉與封存技術必須先在新建發電廠中執行，若在技術面可行以及符合市場需求，則希望未來建造的電廠能將此類技術歸為必要基礎配備。在這種技術取得重大突破前，必須在捕捉、輸送與封存等3大重要程序完成最佳化，目前成本的分布大致上為捕捉占60％、壓縮占15％、運輸占10％以及封存的15％。
二氣化碳捕捉程序理應與電廠設備整合完成，基於商業與技術需求，二氧化碳必須液化，以埋在地下的管線輸送至特定地點封存起來，因此將來的發電廠建立也應將附近是否具理想封存地點納入考量，以減少運輸成本。
在地底封存二氧化碳必須考慮地層深度，一旦埋入二氧化碳就不允許外漏也不能影響附近的飲用水源。以目前的防漏技術而言，可做到每年0.01％的外漏率，也就是說1千年後仍有90％的二氧化碳在裡面，1萬年後也還有40％的二氧化碳的量。
另外要封存起來的二氧化碳的純度也很重要，因為若是含有水蒸汽或其他含硫氣體或化學物質，則在加壓時必須耗費更多的能源。除此之外，化學物質也會造成輸送管線或儲存槽的腐蝕或阻塞，久而久之便無法保證封存的安全性與持久性。
輸送二氧化碳
究竟在未來會封存多少量的二氧化碳？以德國為例，將必須視具發電效率的發電廠所發出的電量，混合能源的變化以及能源價格決定。一般預測2030年時，將有6千萬噸由電廠所產出的二氧化碳會被封存起來。
而為要運輸液化的二氧化碳，必須加壓二氧化碳，同樣也需要能源，輸送的成本應可比照輸送油料和瓦斯來計算。目前全世界因採取原油和瓦斯而建造的二氧化碳管線共有3,100公里長，若要實施二氧化碳截取與封存技術，建造二氧化碳輸送管線是無法避免的工程。德國也是如此，目前正由國家評估管道的鋪設路線與封存地點的安全性。
二氧化碳抽取技術
目前二氧化碳分離技術都處於試驗階段，程序主要取決於能源耗費的多寡、物質的化學性純度，以及空間的大小和二氧化碳被洗出的可能性大小，此類技術有3種，以下大略分別說明。
一、燃燒後抽取二氧化碳技術
火力發電廠在燃燒煤料後所生出的氣體將被集中起來，上方澆以鹼性物質為主的液體，夾帶著二氧化碳的液體將會留在下方的容器內，再連接至鍋爐內加熱，則二氧化碳就會被抽離出來。這個方式是目前研究最廣也是具最多參考資料的技術，然而所要花費的能源量也相當可觀，若要採用這種方法，能源成本高昂不能不列入考量。
二、純氧抽取二氧化碳技術（Oxyfuel）
一般以平常空氣注入燃燒時，所產生的氣體除了包括二氧化碳外，還有其他如氮氣等氣體，若能在燃燒前即已注入純氧以助燃燒，則將使二氧化碳抽取工作簡單許多。因為以這種方式所進行的燃燒會留下水和二氧化碳，之後再以低溫處理則可得到二氧化碳。目前該技術仍在發展當中，德國已有試驗階段的設備進入營運。
三、燃燒前抽取二氧化碳技術
對於火力發電廠來說，若能在燃煤前先將煤汽化，所收集到的氣體為一氧化碳和氫氣，再將之燃燒則得到二氧化碳和水，最後處以低溫則得到抽離的二氧化碳。
二氧化碳封存的地質條件
二氧化碳封存的地層必須具穩定性，且保證永遠不讓二氧化碳進入大氣層內。以德國而言，大致上深度在地底800公尺之間含鹹性岩層最為合適，且這類地層以北德居多，有趣的是，這樣的深度也大致上是採取原油和天然氣的地點。
針對地層內的二氧化碳不停地在擴散，儲存槽必須持續地受到控管，包括二氧化碳純度的保持、地層穩定度、飲用水源的保護，甚至注入二氧化碳導管的材料選擇，在必須防腐蝕的前提下是否考量使用水泥，都是目前研究的重點。
結語
二氧化碳捕捉與封存技術仍處於試驗階段，科學家試著將該技術在2020年以前推入市場，除了火力發電廠外，同時研究水泥廠和煉鋼廠是否也能採此技術減量二氧化碳。目前全球各國像是澳洲、日本和美國都有此技術的研究團隊，歐盟也預計在往後幾年內增建12處發電廠，同時測試此技術的可行性。
能源議題在全世界的關注下，終於在2007年使得所謂的能源政治策略和環保氣候變遷有了交會點。所有歐盟國家誓言在2020年將降低溫室氣體的排放量達20％，為了因應愈來愈吃緊的能源儲存量，所有的工業國家必須在2050年將二氧化碳排放量減低60～80％，以這樣的數據看來，再生能源供應電量需求必須從現在的6.5％增加為2020年的20％。這些目標看來很有野心，但要達成卻很難，想要達到減量二氧化碳的目標，除了提高能源效率、使用新能源科技外，雖然類似二氧化碳捕捉與封存技術似乎為二氧化碳減量帶來一線希望，但思考運用該技術必須耗費巨大能源量，似乎也違背節能原則，因此在二氧化碳減量上，仍必須大大仰賴大家節能，才是有效途逕。（作者為本刊駐德國特約記者，同時也是台灣公共電視派駐德國杜塞道夫新聞特派員╱有興趣的讀友可逕行上網查詢：www.cooretec.de）
什麼是二氧化碳？
二氧化碳是一種無毒且不活躍的氣體，二氧化碳在空氣中的含量大約為0.04％，人類呼吸所呼出的氣體中大約有5％的二氧化碳，一般也會在燃燒或其他含碳物質於轉換過程中產生二氧化碳。千萬年以來，火山地區即會自動排放出二氧化碳，單在德國艾佛（Eifel）火山地區，每天即從地面上冒出200公噸的二氧化碳。