曾枱瑋 / 工研院產科國際所
國際廠商開發之低碳技術簡介
「2050年碳中和」是各國對全球氣候異常改善作為的承諾，更是人類對於地球環境氣候保護的重要作法。碳中和是將因人類行為活動產生的二氧化碳排放量，藉由使用再生能源、加裝二氧化碳捕捉、封存與再利用設備、採用生質料源等改善現狀的措施，其累積的減碳量盼能達到減碳的效益。經國際調查報告顯示，約有83%的二氧化碳再利用方式，聚焦於轉化成化學品與燃料的領域。
二氧化碳捕集、封存與再利用技術(Carbon Capture Utilization and Storage; CCUS)為目前國際廠商應用進行減碳的常用作法之一，CCUS技術主要是利用吸收、吸附的原理將製程產生的二氧化碳捕捉下來以降低碳排放，捕獲後的二氧化碳可透過：①封存；②再利用兩種路徑來將氣態的二氧化碳固定於地底與化學材料中，以達到減碳的效益。
封存是透過將二氧化碳注入地層或海底鹽水層中，視封存區的溫度及壓力條件將二氧化碳固定在該區域內。碳再利用則區分為直接利用與轉化利用兩種：前者是透過不改變二氧化碳化學結構的應用方式；後者則將其轉化成化學品。直接利用像是將二氧化碳氣體使用在碳酸飲料、殺菌劑、滅火劑、焊接、超臨界萃取中，或透過注入二氧化碳於採油井中，以增加油井採油收率(Enhanced Oil Recovery; EOR)，都是直接利用的案例。
二氧化碳轉製衍生化學品為化工產業去碳途徑之一
根據國際調查報告顯示，化工產業是石油和天然氣最大的下游應用產業，於2020年，因生產初級化學品而直接產生的二氧化碳排放量為920百萬公噸，僅次於水泥和鋼鐵，若能使用低碳原料將可有效降低產品碳足跡。另外，如透過碳捕集技術將捕獲的二氧化碳提昇其活性後，可轉化成超過130種的化學產品，是目前化工製造業中達到減碳效益又可增加經濟產值的策略。
歐盟利用產品生命週期分析(LCA)方式，分析二氧化碳轉製化學品的減碳能力，發現甲烷、甲醇、聚乙烯、聚丙烯及聚甲醛均是具高減碳潛力的二氧化碳衍生化學品。由於活化二氧化碳的關鍵，需先將二氧化碳重組產生合成氣(CO+H2)，這製程需透過觸媒進行氫化反應。合成氣產生後，可以將其中甲烷成分分離出來，利用甲烷氧化來生產甲醇等燃料或二氧化碳衍生化學品。
歐洲長期開發風能、地熱、小型核電等各式再生能源，再生能源由於無法儲存，因此將再生能源轉換為其它可儲存的能源型態，成為歐盟綠能裝置量高的各國重要課題。歐盟開啟以電轉氣(Power-to-Gas)的大型試行計畫，希望將二氧化碳與綠電產出的綠氫反應生產甲烷、甲醇、氨等可儲存燃料或化學品。
日本是由二氧化碳轉製甲烷製程，開發關鍵觸媒材料的技術領先國家，但目前仍無法在高製氫成本的條件下，將二氧化碳轉製甲烷製程商業化。因此，在日本氫能戰略規劃中，仍以海外廉價的剩餘能源，結合碳捕集與封存(CCS)技術，或以大量採購由廉價再生能源製造的氫氣等方式，建構日本的能源供應鏈，以降低二氧化碳排放量與氫氣製造成本。
中國是煤化工應用大國，也是二氧化碳碳排量的前兩大經濟體國家，依據中共十四五發展藍圖，將CCUS與氫能及生質能相結合將成為減碳的佈署重點。
合成氣鏈結二氧化碳衍生燃料與初級化學品應用
歐盟電轉氣計畫的核心設計為結合綠氫與去化二氧化碳來解決再生能源無法儲存的缺點；主要透過合成氣平台，將二氧化碳與綠氫反應轉化為合成氣，再將合成氣中的甲烷反應成甲醇或C5~C19的烴類燃料。其中電轉氣製程牽涉兩個重要的步驟：①透過甲烷進行乾式重整或是與氫氣進行逆向水氣反應來產生富含CO與H2的合成氣，②利用再生能源電解水產氫。透過二氧化碳合成氣中CO與H2的含量比例，進一步生產甲醇或二甲醚等其他化學品，如圖一所示。
圖一、二氧化碳轉化衍生化學品途徑
2021年美國空氣化工氣體公司(AP)向中國東華工程簽訂二氧化碳直接乾式重整技術的開發項目，使其成為技術轉移的第一個工業化應用案例。然而，在沒有水蒸氣作用下的 ---以上為部分節錄內容，完整資料請見下方附檔。