陳育誠 / 工研院產科國際所
前言
為了抑止溫室效應，2050年達成淨零碳排(Net Zero Carbon Emission)或者碳中和(Carbon Neutrality)已成為全球多數經濟體的共識，在2022年3月國家發展委員會正式公布「臺灣2050淨零排放路徑及策略總說明」中，也將2050年達到淨零碳排列為國家發展目標。為達成此減碳目標，發展負碳排的碳捕捉再利用與封存(Carbon Capture, Utilization and Storage; CCUS)技術成為一項重要的減碳策略。
建造CCUS設備多針對固定碳排放來源(如煉鋼廠或水泥廠)進行碳捕捉，可以抑止空氣中二氧化碳濃度持續提升，但若想要進一步降低現存空氣中的二氧化碳濃度，除了透過種植樹木自然碳匯外，應用碳捕捉直接捕捉空氣中的二氧化碳(Direct Air Capture; DAC)，以降低大氣中二氧化碳的濃度也是一項可以發展的策略。本文將討論目前全球DAC技術主要發展概況以及DAC發展的困境，以作為國內評估此技術發展的參考資訊。
目前全球DAC營運規模與淨零碳排需求差距甚大
根據美國IEA的資料統計顯示，2022年全球共有19座正在營運的DAC系統，一年捕獲的二氧化碳排放量僅僅略微超過1萬公噸/年，相較於單一固定碳排放來源的專案的二氧化碳捕獲量多在萬公噸/年以上，最新規劃的大型專案甚至都在數十萬至百萬公噸/年的規模，DAC的減碳規模對全球碳捕捉量的貢獻仍是九牛一毛。
雖然目前捕獲量不高，但若全球要朝向2050年淨零碳排的情境發展，IEA預計在2030年全球DAC所捕獲的碳排放量須達8,500萬公噸/年，2050年須達9.8億公噸/年，未來巨大的成長潛力，仍吸引許多新創公司投入發展。
DAC技術若要快速發展需要政策支持
目前在全球DAC商業化營運的發展上，最接近大規模商業化的新創公司為加拿大的Carbon Engineering以及瑞士的Climeworks。
1. Carbon Engineering將在美英建造大型DAC裝置
Carbon Engineering獲得了油公司Chevron、油公司Occidental Petroleum與礦業巨人BHP等公司的新創投資，另外Microsoft創辦人Bill Gates也以個人資金持有Carbon Engineering股權。該公司正發展液態吸收劑的鉀迴路DAC系統。
該公司透過許多大型風扇所構成的空氣濃縮模組，將外界含有低濃度二氧化碳(約400 ppm)的空氣吸入模組內，並和模組內的液態氫氧化鉀溶液反應形成碳酸鉀溶液，接著將碳酸鉀水溶液，送入顆粒反應器中進行除水，形成碳酸鉀固體顆粒，再將碳酸鉀顆粒送至鍛燒爐中進行高溫鍛燒，在900℃高溫下碳酸鉀顆粒會轉化成氧化鉀，並釋放出高濃度的二氧化碳，可以進行捕集，而氧化鉀固體顆粒則被送入水合塔中和水反應形成氫氧化鉀水溶液，這邊的氫氧化鉀水溶液和顆粒反應器除下的水結合，重新被送回空氣濃縮模組中以吸附空氣中的二氧化碳，整個DAC系統形成一個迴路，故稱其為鉀迴路DAC系統。
圖二、Carbon Engineering 鉀迴路DAC系統說明
2015年起，Carbon Engineering在加拿大Squamish開始運作其日捕獲量約1公噸二氧化碳的DAC示範工廠，2017年公司在示範工廠旁建立了將捕捉的二氧化碳轉化成燃料的示範工廠，讓生產二氧化碳來源的燃料成為其去化管道。應用二氧化碳所生產的運輸燃料也符合美國加州California Low Carbon Fuel Standard的資格，也就是說，可以獲得州政府的抵減稅額，這項稅額在2020年交易市場上的價格約在200美金/公噸二氧化碳，因此也吸引許多航空業者，如United Airlines、Air Canada以及二氧化碳再利用新創公司如LanzaTech進行合作。
在示範工廠所累積的操作經驗與數據，除了幫助Carbon Engineering募集了更多的營運資金，在2019年該公司也宣布和其投資者Occidental Petroleum的子公司Oxy Low Carbon Ventures (OLCV)合作，在美國推出1PointFive專案，將建造100萬公噸/年的大型DAC廠區，預計2024年將運行第一條50萬噸/年的產線。這套DAC設備將使用Occidental Petroleum油田伴生的天然氣作為能源，並將捕捉下的二氧化碳，重新加壓注入二疊紀盆地(Permian Basin)的油田中，以提高石油採收(Enhanced Oil Recovery; EOR)。另外，也將分別有40萬公噸/年與1萬公噸/年的二氧化碳移除權將販售給飛機製造商Airbus與加拿大的電子商務公司Shopify。
Carbon Engineering大型的DAC廠房符合美國聯邦政府45Q Tax Credit的政策補貼，也就是這個廠房只要捕捉1噸的二氧化碳並進行EOR應用，就可以獲得聯邦政府35美金的抵減稅額，若是進行其他的封存方式更可以獲得---以上為部分節錄內容，完整資料請見下方附檔。