李怡婷 編譯
全球減碳浪潮排山倒海而來，要實現溫室氣體淨零排放已成全球共識。根據IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) 的研究，需要導入｢二氧化碳直接移除」才能解決根本問題。去除二氧化碳分為兩種方法：一為利用可吸碳的海洋浮游生物、森林、溼地、土壤等，屬於順其自然方案；另一種則是傳統碳捕捉、直接空氣捕獲 (Direct Air Capture; DAC) 的人為工程方案。
2022年2月，日本三菱瓦斯化學MGC公司與神戶學院大學成功發表直接空氣捕獲(DAC)吸附劑的研發成果，雙方共同開發的捕碳新材料，可以直接回收空氣中的二氧化碳。稻垣冬彥教授使用三菱瓦斯化學自行開發的產品MXDA(間苯二甲胺)，開發出CO2吸附劑，吸收空氣中的二氧化碳後，形成固體物質，如圖一。
圖一、DAC吸附原理與實體
若是利用離子交換膜，分離空氣中的二氧化碳，稱為薄膜分離法。日本九州大學發表的捕碳網-DAC分離膜，薄膜材質的選擇、製備、壽命、保養維護、材料成本，將決定能否應用於CO2捕獲技術。目前最常見的以化學吸收法為主，使用的吸收劑包括鹼性、胺類、醇胺類、離子液體等水溶液，與CO2產生化學反應進行捕獲，再加熱進行逆反應以再生吸收劑，但由於需提供熱量再生吸收劑，所以能源的消耗也佔碳捕獲成本的大多數。
清大化工系榮譽退休教授談駿嵩為現任台灣碳捕存再利用協會理事長，據他表示，CCUS技術在國際上仍處於發展階段，台灣投入研發尚不算太晚。他過去在清華大學建立CO2捕獲製程及試驗工廠，使用的是化學吸收法，由兩個高速旋轉床(RPB)進行吸收，一個RPB進行再生，目的是取代傳統固定床(PB)面臨的問題。吸收液含自行開發之吸收劑配方，連續通過兩個RPB，含有CO2分別進入這兩個RPB，在擬穩態下進行CO2捕獲，第二個RPB出口的吸收液，進入第三個RPB進行再生。清大在台塑石化麥寮廠建立的CO2捕獲試驗工廠，每日可捕獲1.6噸的CO2 (67公斤/h)，再生能耗< 3.0 GJ/噸CO2；在中鋼的CO2捕獲試驗工廠每日捕獲 0.1噸(4公斤/h)的CO2；在長春化工建立的CO2捕獲試驗工廠每日捕獲 0.175噸CO2 (7.3公斤/h) ，再生能耗< 2.8 GJ/噸CO2。
這些傳統的碳捕捉技術側重從排放源頭清除，對地球表面隨時正在移動的交通運輸而言，談何容易，由於順其自然的吸碳過程十分緩慢，並需要大量的土地面積，因此，從空氣中直接除碳的DAC方案，受到學界及業界的重視。各國為達碳中和/淨碳排放的目標，加速相關技術開發。因為CCUS極有可能在未來十年，形成新興的產業，無論是歐美投資新創公司或日本，也都把DAC何時可實用化，視為重要的經濟指標。
捕碳網-DAC分離膜
日本國立九州大學「I²CNER」( Carbon-Neutral Energy Research國際研究所)的DAC分離膜裝置(如圖二) ，為世界首發的研究成果，深受各界矚目。此裝置可有效從空氣中回收吸附二氧化碳，回收後的二氧化碳可以做為燃料或化學品的原料，或是轉做其他用途，例如農作物栽培、飲料、乾冰製造等皆可。九州大學以自行開發的DAC捕碳網，將空氣中的二氧化碳進行分離、回收、轉換及固定，透過社會工學的建構手法，讓民眾建立新的行為模式。所謂社會工學是指：透過政府、媒體或特定團體，大規模影響特定對象的態度與社會行為，使用科學的方法解析社會現行制度，以便設計適當的方法，創造新的行為模式，雙方合作規劃將實驗設計所期望的目標值，落實到社會層面，讓人類從空氣中直接除碳的DAC (Direct Air Capture)技術，在2050年之前，實踐碳循環再利用的藍圖。(圖三)
圖二、日本國立九州大學「I²CNER」( Carbon-Neutral Energy Research國際研究所)的DAC分離膜裝置
搭上這波綠色能源商機，日本的雙日集團與台灣的台塑集團以家用儲能系統產品進攻國際市場，顯示節能減碳的決心。九州大學「I²CNER」國際研究所，主要研究內容為定置型燃料電池(SOFC），燃料電池之高分子膜及新觸媒的開發，以氫能為燃料，追求可安全生產、儲存、利用的CCUS技術，九州大學發表世界首見的DAC分離膜裝置，觸動雙日公司洽談合作，目的為加速DAC捕碳技術的商業化，期待未來在日本廣設DAC分離膜設備，讓二氧化碳捕獲再利用的夢想早日成真，九州大學自行開發的捕碳膜，成為一張充滿希望的捕夢網 ---以上為部分節錄內容，完整資料請見下方附檔。