一、前言

國際能源署(International Energy Agency, IEA)在「2020年能源技術展望(Energy Technology Perspectives 2020)」中將可再生能源發電、生質能、氫能和碳捕獲、再利用及封存(Carbon Capture Utilisation and Storage, CCUS)列為實現全球淨零排放(Net Zero Emissions)的關鍵技術。而其中CCUS是唯一可減少關鍵部門的直接排放，並消除無法避免之碳排，以達淨零碳目標之技術。

CCUS技術目前在潔淨能源轉型的應用主要為：

(1)利用CCUS技術，針對現有發電廠和工廠等進行改造，以減少能源基礎設施的碳排；

(2)重工業二氧化碳排放量約占全球20%，CCUS技術可以最具經濟效益的方法大幅減少水泥、鋼鐵和化學製品生產製程中的碳排放，而捕獲的CO₂亦可與氫氣結合，形成低碳之合成燃料應用於長途運輸(特別是航運業)；

(3)以CCUS加速擴大低碳氫氣的生產規模，以滿足交通、工業和建築等領域氫能應用的需求；

(4)對於無法避免或無法直接減少的碳排，可利用CCUS直接從大氣中捕獲CO2。

另一方面，IEA根據永續發展情境(SDS)分析，預測在2070年時全球氫能需求將增加7倍(達520公噸)，而其中約有40%的氫氣產量來自CCUS與化石燃料(圖一)。因此，文章摘述CCUS價值鏈中不同過程的技術應用現況及全球發展概況，並彙整CCUS技術未來10年的重要發展趨勢與IEA建議政府推動的優先事項。

二、碳捕獲、再利用及封存的技術發展

CCUS技術的價值鏈如圖二，包括CO2的捕獲、運輸、再利用，以及儲存等過程，以下將分述不同過程的技術應用現況：

(一) 捕獲CO2

目前最廣泛採用的捕獲技術是化學吸附(Chemical Absorption)和物理分離(Physical Separation)，其他技術包括薄膜分離(Membrane Separation)、化學迴路(Chemical Looping)和鈣迴路(Calcium Looping)。不同應用領域有其最佳之CO2捕獲技術，而捕獲的成本則主要取決於捕獲的CO2濃度、工廠的位置、能源的供應以及設施的整合程度。目前基於最低成本考量的CO₂捕獲率介於85-90%之間，但若要實現淨零排放的能源目標，未來則必須朝著提高CO2捕獲率(近100%)的方向發展。

(二) 運輸CO2

利用現有的石油和天然氣管道來運輸捕獲的CO2能大幅降低發展CCUS技術的基礎設施成本，據估計，使用現有管道所需的投資金額為建造新管道成本的1-10%。在化石燃料生產地區有相當廣泛的管道網路，例如，美國有近300萬公里的石油和天然氣管道；加拿大擁有近100萬公里的石油和天然氣既有管道；北海地區則有45000公里的管道。英國也正在推行Acorn CCS項目，計劃重新調整陸上管道的用途，轉為在北海地區封存CO2。

此外，透過船運將CO2運輸到近海儲存設施的運輸方式具有高度靈活性，而高運輸靈活性可促進CO2捕獲中心的開發。近年來，歐洲、日本和韓國等有意願發展海上CO2封存技術的國家也致力於發展船運CO2。石油和天然氣管道運輸CO2所需的資本成本較船運高，因此船運方式特別適用於少量(≦2 Mt /年) CO2的長途運輸。

(三) CO2再利用或碳循環(Carbon Recycling)

全球CO2的使命量約為每年230 Mt，其中最大的消費者是化學肥料行業，每年約使用125 Mt的CO2作為生產尿素的原料。其次是石油和天然氣行業，每年約消耗量70-80Mt的CO2用於提高原油採收率(Enhanced oil recovery, EOR)。CO2其他商業用途還包括生產食品和飲料、冷卻、刺激植物生長等。

此外，透過化學和生物科技技術，使用CO2生產的產品主要可分為三類：

(1)燃料：CO2中的碳可將氫氣轉化為合成烴化物燃料(Synthetic Hydrocarbon Fuel )，此燃料可利用低成本的再生能源和CO2進行生產，具有高度的經濟可行性。全球目前最大的商業應用是位於冰島的George Olah工廠，每年可將約5600t的CO2轉化為甲醇。

(2)化學製品：在需要碳提供結構的化學製品生產過程中，CO2中的碳可作為化石燃料的替代品，包括聚合物和乙烯、甲醇等初級化學製品，是生產最終化學製品的基礎。其中德國的化學工業公司Covestro每年可利用CO2生產約5000t的聚合物，可替代生產製程中20%的化石原料使用量。

(3)建築材料：CO2在建築材料的生產過程中，可作為水泥和建築骨料(Construction  Aggregate)的原料。商業應用的實例為英國公司Carbon8，目前已有2座工廠使用CO2將廢料轉化為建築骨料，並預計到2021年有5-6家工廠可投入生產營運。

依目前的市場發展狀況，短期內使用CO2生產產品的市場仍然很小，但具有長期發展潛力，預計化學製品建築材料的CO2需求量可高達5 Gt /年。

(四)封存CO2

CO2的封存涉及將捕獲的CO2注入由不透水岩層覆蓋的地下地質儲存層中，進而封閉儲存層防止CO2逸出到大氣。在適用封存CO2的儲存層類型中，深層的鹽水層和枯竭的油氣儲存層擁有最大的儲存容量，估計全球陸上總儲存容量介於6,000－42,000 Gt之間。深層鹽水層是充滿鹽水的多孔可滲透岩層，廣泛分佈於陸上和近海的沉積盆地中；枯竭的油氣儲存層則是多孔岩層，可以注入捕獲的CO2達到封存的效果。深層的鹽水層和枯竭的油氣儲存層相比，使用枯竭的油氣儲存層是目前成本較低的封存選擇。

三、各國發展

CCUS技術的發展與應用在不同國家和地區存有相當大的差異(表一)，其中，美國是CCUS技術的全球領導者，CO2捕獲能力占全球的60%以上，潛在的總存儲量估計為800 Gt，約為美國當前能源行業160年的排放量。北海地區則是歐洲CCUS技術的部署中心，目前已有2座可儲存1.7 Mt CO2 /年的設施，還有其他11個總容量近30 Mt /年的項目正在開發中。預計總儲存容量高達300 Gt，約為80年的當前碳排放量；中國發展的重點則為直接改造現有的火力發電廠以及水泥、鋼鐵、化工廠擴大CCUS技術應用，進而降低碳排放。在中國西部和北部省份以及近海都有封存大量CO2的潛力，其潛在的總儲存容量為425 Gt，相當於中國40年的當前排放量。從2030年起，CCUS技術也將在亞洲其他地區(尤其是印度和中東)進行大規模部署。

 四、小結：CCUS未來10年發展 

為了實現淨零排放的全球能源目標，在未來十年內加速CCUS部署是重要的挑戰。而CO2的捕獲量預估2030年將從現今的40t成長20倍(800t)。同時，有3個值得注意的發展趨勢：(1)對現有的電力和工業工廠進行改造，從而大幅減少碳排放量。尤其在亞洲地區，每年平均有20個燃煤發電廠進行CO2捕獲設備的改造；(2)利用CCUS技術擴大生產氫氣的規模，預計到2030年配備CCUS技術的製氫設施將達到18t的氫氣產能；(3)擴大CCUS技術應用，尤其是改造重工業工廠配備CCUS設施，並發展直接空氣捕獲(Direct Air Capture, DAC)技術的商業應用，進而提升合成烴化物燃料的產能。

此外，擴展CCUS技術也需各國政府的支持，報告中IEA列出政府推動CCUS技術應用的4個優先事項：(1)創造有利的市場條件刺激私人投資；(2)以共享CCUS基礎設施方式，發展工業中心；(3)評估並鼓勵發展CO2封存技術；(4)促進技術創新以降低成本，例如，改善CO2捕獲技術，利用自動化的操作系統優化捕獲過程。