劉致中 / 工研院產科國際所、劉榮昌 / 工研院材化所
全球化學材料廠商目前的減碳途徑有四：①二氧化碳的捕捉；②再生燃料的生產；③低碳化學品的生產；④結合低碳能源的新製程。其中「二氧化碳的捕捉」與「低碳化學品的生產」應為台灣化學材料產業達成2030年減碳目標之主要途徑。此外，我國化學材料廠商亦可由「製程更新」、「製程改善」、「原料轉換」及「購買碳權」等方式來進行減碳。然而，「購買碳權」短期內無法有效減碳，卻又為必須達到減碳目標情形下的權宜措施。「製程更新」、「製程改善」與「原料轉換」都可能需要對製程設備進行調整或更新，資本投資與生產成本的增加成為不可避免之事。我國廠商必須衡量自身公司對生產成本上升的承受能力與時間長短等內外在條件，來擬定相對應的減碳策略與路徑。
【內文精選】
全球化學材料產業正經由四條已實踐路徑進行減碳
至2022年9月，工研院產業科技國際策略發展所(ISTI)觀察到全球化學材料產業已有四項減碳途徑(「二氧化碳的捕捉」(Capture of CO2)、「再生燃料的生產」(Production of Regenerated Fuel)、「低碳化學品的生產」(Production of Low Carbon Chemicals)與「結合低碳能源的新製程」(Novel Process Combined with Low Carbon Energies)）被「實際應用」或「正在進行商業化技術開發」。
在這四項減碳途徑中，「二氧化碳的捕捉」/「再生燃料的生產」及「結合低碳能源的新製程」/「低碳化學品的生產」可以互相搭配應用。其中低碳能源以再生能源的綠電為主，可以直接使用於生產製程中的能源供應，或是使用綠電生產綠氫後用於原油煉製廠的加氫裂解製程中。
「低碳化學品的生產」除了製程中使用再生能源與使用綠氫為生產原料外，採用「回收廢塑膠」、「生物質(Biomass)」與「回收之CO2」作為原料，亦為低碳化學品生產的主要做法（見圖三）。
圖三、全球化學產業之CO2減排做法
減碳路徑1：二氧化碳的捕捉
目前全球化學材料產業在二氧化碳捕捉的技術主要有四種：化學吸收(Chemical Absorption)、物理吸附(Physical Adsorption)、薄膜分離(Membrane Separation)與低溫捕捉(Cryogenic)等。其中化學吸收的技術成熟度最高，已有商業化案例；物理吸附與薄膜分離亦有試驗型計畫執行中；低溫分離因能源成本較高，與其他二氧化碳捕捉技術相較，距離商業化仍有努力空間。
這四種二氧化碳捕捉技術已分別應用在「燃燒後的二氧化碳捕捉(Post-combustion)」、「燃燒前處理製程的二氧化碳捕捉(Pre-combustion)」、「富氧燃燒後的二氧化碳捕捉」與「直接由大氣捕捉二氧化碳」等四種情況下，其中「燃燒後的二氧化碳捕捉」由於燃燒後的尾氣溫度極高，通常需搭配「降溫」單元製程。同時為了提升燃燒效率，達到完全燃燒的狀態，燃燒過程中混入大量的空氣助燃是燃燒爐中常見的設計，但將降低燃燒後二氧化碳的濃度，因此進行二氧化碳捕捉前須進入「提升二氧化碳濃度」的單元製程。「富氧燃燒後的二氧化碳捕捉」則由於完全燃燒後，二氧化碳的濃度較高，通常不需要「提升二氧化碳濃度」的單元製程。「燃燒前處理製程的二氧化碳捕捉」技術則通常應用於合成氣(Syngas)生產單元製程後面，降低了合成氣中二氧化碳濃度，因此得到較高濃度的氫氣。
減碳路徑4：結合低碳能源的新製程
(2) 乙烯製程之旋轉動態反應器(RDR)技術
芬蘭Coolbrook公司的動態迴旋反應器(Roto Dynamic Reactor; RDR)將反應器設計、渦輪機械和化工動力結合，透過綠電驅動旋轉葉片帶動空氣形成動力，將轉子軸的機械能轉換為熱能，直接傳遞給進料流體，取代傳統的熔爐，大幅節省加熱所排放的二氧化碳，相關製程與構造如圖九所示。
圖九、(a)傳統使用蒸汽裂解爐；(b)使用RDR之製程
減碳路徑與策略的選擇
經由上述的介紹，化學產業的廠商可以從「更新製程」、「製程改善」、「原料轉換」、「購買碳權」等方式進行減碳。其中「購買碳權」短期內無法有效減碳，卻又為須達到減碳目標情形下的權宜措施；「製程更新」、「製程改善」與「原料轉換」都可能需要對製程設備進行調整或更新，資本投資與生產成本的增加成為不可避免之事。廠商必須衡量自身公司對生產成本上升的承受能力與時間長短、國內低碳能源供應/綠電提供/綠氫生產運輸等基礎設施狀態、材料資源回收產業的技術水平與生質產業對生質料源的供料穩定度，來擬定相對應的減碳策略與路徑---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》431期，更多資料請見下方附檔。