一、前言
為了因應氣候變化，加速難以減排產業對碳再利用技術的部署。自2020年以來，全球碳捕獲量年均成長58%。大規模的碳封存計畫依賴儲存地點的地理位置，增加了運輸成本。因此，透過碳捕獲再利用（Carbon capture and utilization, CCU）技術可實現分散式的碳管理，同時可生成多種高值化應用的二次原材料，進而衍生負碳效益，是達成長期減排目標的關鍵。

許多國家也紛紛提出低排放燃料和材料的政策措施，支持碳捕獲再利用（Carbon capture and utilization, CCU）技術的發展。例如2023年歐盟在ReFuelEU Aviation提案中，提高永續航空燃料(Sustainable Aviation Fuel, SAF)與煤油的混合比例；美國的降低通膨法案(Inflation Reduction Act, IRA)提供稅收抵免，提高每噸二氧化碳的獎勵額度，並提出Clean Fuels & Products Shot計畫，促進關鍵燃料及碳基產品的原料和轉化技術發展。

CCU技術涵蓋了多種技術途徑，根據國際能源署(International Energy Agency, IEA)¹  2024年統計，目前每年約使用230 Mt的二氧化碳，其中130 Mt的二氧化碳主要用來生產化肥產業的尿素，80 Mt的二氧化碳用以提高石油採收率(Enhanced Oil Recovery, EOR)。然而，其他基於二氧化碳的合成燃料、化學品和建築材料等創新用途，預計至2030年每年捕獲的碳將有近15 Mt投入這些創新應用。以下簡述碳捕獲再利用的技術效益(表一)、特色、優勢與挑戰及創新案例：

二、碳礦化技術(Carbon Mineralization Technology)
礦化技術是模擬自然界岩石的風化過程，將捕獲的二氧化碳與礦物進行反應，如富含鎂元素與鐵元素的矽酸鹽礦物或岩石，或是不具經濟價值的尾礦²、礦渣、灰燼等產業殘留物，形成碳酸鈣(石灰石)或碳酸鎂等碳酸鹽材料，可作為混凝土等建築材料。

(一) 優勢與挑戰：
碳礦化技術將捕獲的碳與混凝土進行混合後，產生的石灰石可增加混凝土強度，還能減少水泥的使用量，從而降低建築成本和封存二氧化碳，達到減碳的效果。或與石棉殘留物和尾礦混合，減少建築填料等惰性廢棄物進入掩埋場。然而，礦化技術亦面臨環境與健康的挑戰。例如，礦場的尾礦通常在處理或儲存過程中，容易汙染地下水，造成環境危害；人體吸入過多的石綿纖維或其他惰性廢棄物，則影響身體健康。

(二) 創新案例：
加拿大碳利用公司Carbon Upcycling Technologies³將二氧化碳與工業副產品或天然礦物結合，經由特殊的催化反應器轉化為高效能的水泥輔助性膠結材料（Supplementary Cementitious Materials, SCM）。開發的反應器可處理多達25種來自燃煤電廠、鋼廠、玻璃製造和採礦等行業的廢棄物，如飛灰、矽酸鹽和礦渣等，並增加與二氧化碳反應的接觸面積。該技術可使用多種當地材料，降低運輸成本。產出的SCM可封存高達15%的二氧化碳，以及減少混凝土中的水泥用量高達20%，同時提高混凝土的耐久性達60%及強度達40%。

三、碳氫化技術(Carbon Hydrogenation Technology)
氫化技術是將捕獲的碳，利用鎳、銠、銥、鉑、鈀和釕等催化劑作用，有效促進二氧化碳和氫氣的反應，並生成為高附加值的燃料和化學品，如甲醇、二甲醚（DME）、甲酸、烯烴等，中間產物可進一步轉化為噴射燃料、汽油、柴油等燃料。其中，銅、氧化鋅和氧化鋁等催化劑的二氧化碳轉化率更高達95%，是實現交通、航空和化工產業脫碳的關鍵。

(一) 優勢與挑戰：
氫化技術可高效率將碳轉化為易於運輸的甲醇或二甲醚（DME）燃料，且仍可利用既有天然氣基礎設施，降低了基礎設施改造的成本和難度。然而，現階段生成物以短鏈碳氫化合物為主，轉化為多碳原子的長鏈碳氫化合物仍是一大挑戰。此外，氫氣主要來自天然氣，這個過程排放密集，與使用天然氣生成氫氣相比，生產可再生氫氣的成本較高。這些因素使得二氧化碳氫化技術在經濟性和環保性方面面臨挑戰，需要進一步的技術創新和成本降低措施來克服。

(二) 創新案例：
1. 美國碳循環技術開發商LanzaTech⁴透過微生物氣體發酵技術(gas fermentation)將從工業廢氣中捕獲的二氧化碳與綠氫轉化為乙醇，作為永續燃料(包含永續航空燃料和再生柴油)。此外，該公司也與法國能源解決方案供應商Technip Energies獲得美國2億美元的投資，共同開發永續乙烯生產，將捕獲的碳轉化為乙醇後脫水成乙烯⁵ ，作為工業製造的永續化學原料。

2. 冰島國際碳回收公司(Carbon Recycling International, CRI)⁶ 是全球二氧化碳轉製甲醇技術的領導者，該公司以高效的Emissions-to-Liquids(ETL)技術將二氧化碳與透過再生能源電解產生的綠氫結合，轉化為低碳甲醇。每年15萬噸的二氧化碳可轉化為11噸的甲醇，且整體的能源效率至少達60%，二氧化碳轉化效率高達99%。該公司亦與德國P1 Fuels及中國廣東水力發電等公司合作，擴展多元應用。

四、碳甲烷化技術(Carbon Methanation Technology)
甲烷化技術，又稱為Sabatier反應，將捕獲的碳與氫透過催化劑（如鐵、鎳、鈷、釕和銠），在溫度300℃~400℃下合成甲烷，即合成天然氣（SNG）或可再生天然氣（RNG）。此技術的轉化效率可達80%~85%，不僅能有效利用捕獲的二氧化碳，還能生產高純度的甲烷。

(一) 優勢與挑戰：
甲烷化技術與現有的天然氣基礎設施具備高度兼容性，僅需對現有基礎設施進行最小的變更，易於擴大規模以滿足大規模甲烷生產需求。然而，反應所需的貴金屬催化劑（如釕和銠）及再生能源電解製氫(PtG)產生高昂的成本，限制了技術的廣泛應用和普及。

(二) 創新案例：
日本NGK⁷公司為專門開發用於半導體製造設備的陶瓷產品，該公司於2023年底啟用碳捕獲示範設備，回收製造過程中產生的廢氣。並於2024年底導入IHI⁸株式會社 的甲烷化設備，將捕獲的碳與氫反應生成甲烷，並利用城市既有天然氣基礎設施，提供燃氣需求。

五、碳聚合化技術(Carbon Polymerization Technology)
聚合化技術是將捕獲的碳與環氧化物（包括氧化環己烯（CHO）和環氧丙烷(PO)）或糖苷(glycoside)分子在鋅基催化劑下，轉化為可用於製造生活塑膠製品的脂肪族(aliphatic)聚合物，如聚碳酸酯和聚氨酯材料。產生之聚合物的二氧化碳含量高達50%，可有效減少了對化石燃料的依賴。

(一) 優勢與挑戰：
隨著生物催化劑(如酵素)導入聚合反應降低反應成本，以及聚酯纖維和聚羥基丁酸酯（PHB）等高值化紡織材料的應用，拓展了聚合技術的市場潛力。然而，現階段尚須擴大生產規模，以及開發更多可生成的聚合物種類，促進永續塑膠製造。

(二) 創新案例：
美國Rubi Laboratories⁹ 以酵素為催化劑，快速將二氧化碳轉化為纖維素原料，並與 H&M、Reformation 和 Ganni 等主要服飾品牌合作打造負碳纖維素紡織品(carbon-negative cellulosic textiles)。全球最大零售商沃爾瑪(Walmart)¹⁰公司亦與Rubi公司合作，計畫將供應鏈排放的碳轉化為服裝用萊賽爾(lyocell)紗線。這類纖維素製成的紡織品可完全生物降解，並大幅降低衣物製程中可能排放大量廢水、對土地和環境造成衝擊等汙染。
 

資料來源

1. IEA, CO2 Capture and Utilisation. https://www.iea.org/energy-system/carbon-capture-utilisation-and-storage/co2-capture-and-utilisation

2.維基百科：尾礦。https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%B0%BE%E7%9F%BF

3. Carbon Upcycling Technologies公司網站。https://carbonupcycling.com/technology/

4. LanzaTech 公司網站。https://lanzatech.com/lanzatech-awarded-contract-by-jakson-green-to-supply-ntpc-its-4g-ethanol-technology-for-next-gen-carbon-recycling-facility/

5. 材料世界網(2023.08.17)。https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=53293

6.  Carbon Recycling International. https://carbonrecycling.com/technology

7.NGK公司網站。https://www.ngk.co.jp/news/20231108_1.html

8. IHI株式會社。 https://www.ihi.co.jp/en/all_news/2022/resources_energy_environment/1198178_3488.html

9. Rubi Laboratories公司網站。https://www.rubi.earth/technology

10.  Bloomberg(2023.07.28), Walmart to Test Carbon-Capture Apparel With California Startup. https://www.bloomberg.com/news/articles/2023-07-27/walmart-to-test-carbon-capture-apparel-with-california-startup?sref=BzcFUkRJ