劉致中 / 工研院產科國際所
全球化學產業年排20億噸溫室氣體至大氣中
全球二氧化碳的總排放量在2020年因疫情影響而創紀錄下降之後，2021年又因全球經濟逐漸復甦而反彈了4.8%，達到34.9 Gt CO2eq/y(圖一)。若依目前的排放狀態繼續下去，可能會在9.5年後就會將全球氣溫升溫幅度控制在1.5°C的剩餘二氧化碳額度用完，人類減碳已是迫在眉睫的事情。
圖一、1970~2021年全球溫室氣體之排放量
全球化學產業之CO2eq排放量如圖二所示，包括了工業(Industry)排放中的2.2%(化學製程中排放的溫室氣體)，與能源(Energy)排放中的3.6%(化學製程中能源使用所造成的溫室氣體排放)。每年約排放20.2億噸的CO2eq至大氣中。
圖二、2016年全球各產業之溫室氣體排放百分比
全球化學產業正經由4條已實踐路徑進行減碳
至2022年9月，工研院產科國際所(ISTI)觀察全球化學產業已「實際應用」或「正在進行商業化技術開發」的減碳作法，主要經由4條途徑；分別是「二氧化碳的捕捉」、「再生燃料的生產」、「低碳化學品的生產」與「使用低碳能源的製程」。
在這四條路徑中，「二氧化碳的捕捉」與「再生燃料的生產」及「使用低碳能源的製程」與「低碳化學品的生產」可以互相搭配應用。其中的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，用於煉油廠的加氫裂解製程中(見圖三)。「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」做為原料，亦為低碳化學品生產的主要作法(見圖四)。
而近期國際廠商聚焦開發的技術以「二氧化碳的捕捉」與「低碳化學品的生產」為主，以下將針對此兩種低碳技術進行介紹。
1. 二氧化碳的捕捉(CO2 Capture)
目前全球化學產業在二氧化碳捕捉的技術主要有四種―化學吸附(Chemical Absorption)、物理吸附(Physical Absorption)、薄膜分離(Membrane Separation)與低溫捕捉(Cryogenic)等。其中，化學吸附的技術成熟度最高，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；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(Syn Gas)生產單元製程後面，降低合成氣中二氧化碳濃度，得到較高濃度的氫氣。
化學吸附主要利用吸附劑與二氧化碳產生化學反應來達到捕捉二氧化碳的作用，並利用逆反應使吸附劑再生，因此化學吸附是目前最有效率的捕捉二氧化碳技術。目前化學吸附技術中常用的吸附劑，主要以胺類化學品為主，如乙醇胺(MEA)、AMP (2-amino-2-methyl-propanol)+Piperazine與三菱重工開發的KS-1均為此類型的吸附劑。此類吸附劑具---以上為部分節錄內容，完整資料請見下方附檔。