曾枱瑋 / 工研院產科國際所
為了加速全球淨零排放相關科技發展，透過碳排賦稅制度使其有價化，使國際企業得以透過國家補助政策以及相對成熟的歐美碳交易市場，加大力道將資金投入直接空氣捕捉(DAC)的負碳技術。本文將從DAC關鍵廠商、操作成本、發展誘因與未來機會四個角度說明，在擴大全球DAC部署規模進展下，有利於規模經濟的低成本操作條件形成，間接帶動深度減碳的新應用市場與具潛力的碳轉化技術，產生減排、移除與碳再利用的兼容並進。
【內文精選】
DAC技術簡介
基於技術型的除碳方法，DAC相較碳捕捉與封存(CCS)在減碳概念上最大的差異在於：CCS應用在製程氣體的CO2捕捉，是避免更多的CO2排放到大氣中，屬於減排技術；DAC則是促進減少大氣中的CO2，屬於碳移除技術。兩項技術在捕捉二氧化碳過程中，捕獲氣體內的二氧化碳濃度、氣體組成與溫度等存在差異。DAC是捕捉大氣中的二氧化碳，其濃度僅約0.04%，低於煙道氣二氧化碳濃度300倍，加上需有額外動力驅動大氣引入DAC系統，故具有額外工業風扇等單元。因此，在系統與二氧化碳捕捉材料的設計雖相似但也截然不同。
目前相對成熟的DAC技術主要是使用吸附劑對大氣中的二氧化碳進行分離，在分離系統的操作溫度有兩種，其一是中溫80~120˚C的吸脫附系統在常壓至真空環境下，對大氣中二氧化碳進行吸附與脫附反應；中溫系統使用固體吸附劑(S-DAC)搭配再生能源與地熱作為該系統電力來源。另一種是高溫吸脫附系統，常使用鹼性液態溶液如氫氧化鉀作為吸附劑(L-DAC)，溫度操作在300˚C~900˚C之間，多以天然氣進行供熱。
依據目前DAC技術位於示範規模階段(TRL:7)，如圖二所示，仍需要大量的財務投資和商業利益，以加速其發展進程。日本2022年富士經濟報告也預估，將在2050年出現大規模的DAC部署。
圖二、二氧化碳捕集技術成熟度
全球DAC設備部署與主要廠商動態
截至2023年，歐洲、北美、日本和中東總計已有27座DAC設備，根據IEA 2022年有關DAC的統計報告顯示，不到2年的時間從19座DAC以42%部署增加率成長。目前DAC設備仍主要座落在歐洲、美國與加拿大(圖三)，且均屬小規模的碳捕捉測試或示範廠，每年平均CO2捕獲量約為1萬公噸。觀察捕獲後CO2的去化途徑並不多，主要範圍僅在食品與溫室直接應用。目前以瑞士Climeworks、加拿大Carbon Engineering、美國Global Thermostat為較具有代表性的DAC碳捕捉公司。
圖三、全球DAC設備分布
DAC碳移除認證提高市場競爭力
由於IPCC國家溫室氣體清冊指南的碳移除核算方法不包含DAC，使得DAC的碳移除無法計入聯合國氣候變遷綱要公約(UNFCCC)下的國際減排目標。歐洲、美國和加拿大已經透過Mission Innovation CDR Mission和UNFCCC的監督機構，開始開發DAC碳移除認證，積極建立國際一致的方法。排碳有價化驅動全球碳市場發展，在2021年全球碳收入大幅成長60%，總金額達約840億美元，2023年達到950億美元。歐盟、加州、紐西蘭與南韓，其轄區內之碳排交易(ETS)價格自2021年起持續上升創新高，使碳信用額度市場快速成長。雖然新的金融服務、技術和治理框架正在塑造目前仍處變動的碳市場，但碳額度購買者已趨向投入可量化的高信用碳移除技術，為DAC帶入新一波金流動能。
DAC未來挑戰與機會前景
1. 開發高效率、低成本吸附劑結合再生能源系統運轉，是DAC技術發展趨勢
DAC相較CCUS點源碳捕捉雖為相似技術，但卻貴得多。目前美國能源部估計DAC成本為225~600美元/噸，不包括二氧化碳運輸和儲存；反觀，透過CCUS點源碳捕捉天然氣加工製程，其成本僅為14~20美元/噸二氧化碳，CCUS捕捉水泥生產碳排成本為61~94美元/噸二氧化碳。主要仍是受限更高的能源需求與相關DAC材料供應鏈。
美國Susteon公司開發使用天然礦物作為捕捉二氧化碳的吸附劑，且結合再生能源運轉DAC設備，過程中也無任何能源密集型的操作過程，以捕獲每噸CO2不到100美元的價格，獲得馬斯克XPRIZE碳移除競賽100萬美元的獎金。該公司的模組化DAC，還可以在現有的固定源供應鏈製造設施上進行碳捕捉，具有規模化的擴展效益，在Breakthrough Energy Ventures和Grantham Trust的資助下，已經與美國能源部、Stripe、Shopify以及XPRIZE建立合作夥伴關係---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》444期，更多資料請見下方附檔。