張芳卿、戴清智 / 純萃材料股份有限公司
全球每年二氧化碳排放量超過360億噸，對暖化造成的危害日趨明顯，以歐盟為首對二氧化碳提出之對應手段與策略，已成為這幾年的熱門議題。本文整理全球主要國家的二氧化碳捕獲儲存和利用(CCUS)之相關技術、碳費與碳交易等商業議題，提供企業減碳所應思考之關鍵。碳捕獲技術自1970年代至今，已發展相當成熟，但不同二氧化碳的來源、溫度、濃度與氣體組成等，是影響碳捕獲設備投入成本及成功與否的主要因素。根據不同的碳源，主要可分關鍵源頭碳捕獲(PSC)與直接空氣捕碳(DAC)。當二氧化碳來源濃度>10%以上，其每噸捕獲成本約落在50~100美元之間；如選用DAC的成本則會高於每噸500美元。所以二氧化碳捕獲成本、後續應用與碳費及碳權之間的關係，勢必是影響台灣各產業對捕碳投入與否之關鍵點。
【內文精選】
依直接碳排濃度評估適用技術–碳捕獲的技術成熟度與搭配應用
指標性的歐盟碳交易市場，其所買賣的為受政府單位強制性管控的排放額度。當企業排放超過許可額度，需於碳交易市場購買碳權；反之，當企業減碳成功，多出的許可額度即轉換成碳權，可於碳交易市場中拍賣、獲得利潤。另一種碳權來自企業自主性的減碳(如再生能源、碳捕捉、造林等)，此減碳額度經境內或國際機構申請認證後，可在自願性市場上販售或進行抵換(Carbon Offset)。
細數半個世紀以來、於全球各地興建的47座碳捕獲工廠，主要使用的碳捕獲技術可分為液態胺溶劑、固態吸附材(固態胺吸附材及固態多孔吸附材)與薄膜分離。其中液態胺類溶劑應用於二氧化碳的吸附與分離時間最早(如圖一)，不僅發展最成熟，其主要技術供應商亦開發出不同的材料與工藝，且與石化業、化工廠間緊密配合，捕獲的二氧化碳大多應用於EOR或尿素的生產。近期，三菱重工(MHI)更開發出日捕獲量0.3噸的小型二氧化碳回收裝置(Compact CO2 Capture System)，將捕獲回收的二氧化碳用於農作。
圖一、碳捕捉技術發展與其應用領域
以間接碳排為主的企業如果想捕碳賺碳費，DAC是好選擇嗎？
台灣地狹人稠，高直接碳排的企業體以電力、鋼鐵、基本化學材料製造業與煉油名列前茅，此亦表示，大多數的企業體其外購電力額度成為影響其產品碳排量(碳足跡)的關鍵。除改用節能省電產品之外，改外購綠電(如台積電)、自產綠電使用(如光宇材料)或於碳交易平台購買碳匯(如奇美實業)，成為各企業優先選擇之減碳策略。
另一方面，由於歐盟將於2026年課徵邊境碳關稅，以及台灣政府將於2024年開徵碳費，企業體於觀望台灣與全球市場氣候政策實施細項的同時，也開始積極思量減碳之可行性。而在有限的場域與空間條件下，以空氣為碳源的DAC技術，成為熱烈討論的選項。
最大的難關，是捕獲的二氧化碳何處去？
依IEA於2019年公布的二氧化碳使用報告，全球二氧化碳的需求量逐年攀升，並依其平均年增長率，預估2025年時，全球市場每年需求將近300萬噸的二氧化碳(圖四)。由2015年的統計數據可知，全球二氧化碳的需求市場主要以尿素(台灣尿素多由國外進口)和EOR為主，僅9%的二氧化碳用於食品加工業與其他方面。
圖四、(a)市場於不同年代對二氧化碳之需求量；(b) 2015年時，全球二氧化碳市場之使用產業及其使用占比
國內高碳排的石化廠與化工廠，其於製程中產生的二氧化碳多經冷凍壓縮液化後，賣給氣體廠進行不同的純化處理程序，產生工業級、食品級、醫療級與電子級的二氧化碳，用於工業清洗、食品加工、醫藥學超臨界萃取與作為電子級氣體原料；換句話說，捕獲下來的二氧化碳多為直接使用，僅少數再進一步轉換成為能源或是化學品。
能源危機下，CO2轉換成能源燃料，或許是最佳轉機
現今的科學家與氣候學家，無法鐵口直斷地說大幅度的減碳與捕碳，可以減緩極端氣候的腳步；但能源為驅動人類科技進步之母，倘若能將源源不絕的二氧化碳，穩定地轉變為能源燃料、化學品與合成燃料，或許可以在俄烏戰事下儼然升級成國安危機的能源議題上，提供新的解方。現階段二氧化碳捕獲與再利用(CO2 Capture and Utilization; CCU)，最成熟的當屬前面所說之尿素合成與EOR，再者，則為二氧化碳的甲烷化反應(Sabatier Synthesis)---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》430期，更多資料請見下方附檔。