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。

目前全球應用碳捕獲、再利用及封存(Carbon Capture Utilisation and Storage, CCUS)技術捕獲的CO2數量將從每年約40 Mt增加到2050年的5.6Gt，占鋼鐵、水泥、化工、燃料轉化和電力產業減排數量的16-90%（圖一）。而在捕獲技術方面也有新的進展，印度Carbon Clean Solutions Ltd公司開發的「APBS溶劑」，已可降低碳捕獲過程中20-40%的熱量和電力需求；日本三菱重工也一直在開發用於燃煤發電和化工產業捕獲CO2的溶劑，其KS-1的「hindered amine溶劑」也已在工業應用領域進行商業部署。

彙整CCUS技術目前在潔淨能源轉型的主要應用領域及研發重點如下：

（一）在難以減排的產業實現深度脫碳：包含水泥、鋼鐵和化工等產業；

（二）實現低碳氫氣的大規模生產：在無法獲得大量、可負擔的再生能源電解製氫，且化石燃料價格低廉的地區，採用CCUS技術的煤炭或天然氣是低碳氫氣最具成本效益的生產方式；

（三）提供低碳且可調度的電力：配備 CCUS的電廠能提供可調度的低碳電力，以及電網穩定服務；

（四）實現負排放：採用生物能源與碳捕獲與儲存（Bioenergy with Carbon Capture and Storage，BECCS），以及直接空氣碳捕獲和封存（Direct Air Carbon Capture and Storage, DACCS）技術，從大氣中去除CO2，以抵換溫室氣體的殘餘排放量。

二、碳捕獲、再利用與封存（CCUS）技術與應用

(一) 工業應用

工業每年產生約80億噸的CO2直接排放量，水泥、鋼鐵和化工行業約占其中的70%。工業的直接排放量加上間接排放量，共占全球人為CO2排放量的近40%。因此，工業需要採用燃料轉換、提高能源效率，以及研發創新技術等多種方法以減少排放。目前工業可行的減排方法為在生產後採用CCUS技術去除CO2。根據IEA的估計， CCUS技術應用在水泥、鋼鐵和化工產業的減排量，到2060年前必須達到290億噸，才能實現巴黎協定的減排目標。

1.水泥產業

水泥產業產生的CO2排放量約占全球的8%，其中有4%產生自將石灰石 （CaCO3）暴露在旋轉窯中高溫「煅燒（Calcination）」製程。此外，在提供製程所需熱量在燃燒燃料（通常是煤或天然氣）時，亦會產生額外的CO2。

案例：

水泥窯煙氣的CO2濃度約為14-33%，是目前水泥產業採用CCUS的主要CO2來源。因此海德堡水泥旗下挪威子公司NORCEM與Aker Solutions合作，於Brevik水泥廠建置專有的碳捕獲設施，用以捕獲水泥窯的煙氣（Flue Gas）。此外，也同時開發富氧水泥窯，在窯爐中使用純氧而非空氣，可將CO2濃度增加到70%。更高的濃度可提升CO2捕獲效率，並顯著減少煙氣量，進而降低資本成本。

2.鋼鐵產業

鋼鐵產業產生的CO2排放量約占全球CO2排放量的7%，目前透過鋼鐵回收、實施能源效率計畫，以及使用氫氣替代化石燃料等措施來減少碳排放量。然而，鋼鐵產業產生的溫室氣體排放大部分都可透過CCUS技術加以解決。

案例：

印度Tata Steel公司採用創新HIsarna煉鐵技術，透過改變煉鋼的製程，不僅可提高能源效率，還可以提高CO2濃度，使捕獲CO2更為容易。

阿布達比的Emirates steel公司為世界上第一個將CCUS技術大規模應用在鋼鐵產業，藉由直接還原鐵(Direct Reduced Iron, DRI)製程中捕獲0.8頓/年的CO2，並透過管道運輸封存於油田以提高石油採收率(Enhanced Oil Recovery, EOR)。

(二) 生產低碳氫氣

氫是一種能源載體，如同電力須由初級或次級能源製造，使用時不會產生溫室氣體，因此具成本效益且低碳排的氫能成為全球能源轉型最受關注的技術之一。預估到2050年在實現淨零碳排的巨大壓力下，將必須大量生產氫氣以取代目前難以減少化石燃料應用的領域。屆時，低碳氫氣的需求量將成長至530公噸／年，每年可減少多達60億噸的CO2排放量。然而，目前只有不到 0.7%的氫氣採用再生能源電解製氫或配備CCUS的化石燃料工廠生產，因此未來存有相當大的發展空間。

目前2020年氫氣總量達120Mt，其中98%產自煤炭氣化及天然氣的蒸汽甲烷重整（Steam Methane Reforming, SMR），且在生產過程中釋出大量CO2。而CCUS技術則主要在製程中-高壓轉化合成氣、低壓尾氣、煙道中的氣體，這三個階段進行CO2捕獲。

通常SMR製程中所排放的 CO2約有40%來自煙氣，但由於CO2處於低壓狀態，捕獲成本較高。因此，若在SMR製程中改採用高壓氣化爐，可降低下游壓縮設備的運作成本，處於高壓狀態的CO2也更容易進行捕獲，進而降低成本。

案例：

目前全球有四個工業規模結合CCUS的SMR製氫設備，每年共生產約 80萬噸低碳氫。其中Air Products公司位於德克薩斯州亞瑟港的製氫廠，其利用真空變壓吸附技術從高壓轉化合成氣過程中捕獲高濃度的CO2，有效降低成本。該工廠的每年約可捕獲1噸的CO2，捕獲後封存於油田以提高石油採收率。

(三)電力產業

電力產業發電約占全球CO2排放量的三分之一，為全球最大的CO2排放源，且預計未來電力需求將持續成長。設有CCUS設施的發電廠有助於確保未來低碳電網的彈性和可靠性，除了提供可調度的低碳電力之外，也能提供頻率控制和電壓控制等電網穩定服務。

在全球範圍內，約有2,000GW的燃煤發電容量，預計到2030年新增發電容量將超過500GW（目前共有超過200GW的新增容量在建設中）。倘若不在燃煤發電廠或天然氣發電廠安裝CCUS設備，或讓發電廠提前退役，到2050年要實現淨零排放是不可能的。尤其在中國、印度和東南亞國家等高度依賴煤炭的經濟體，在化石燃料發電廠安裝CCUS設備是具有成本效益的方法，可以在轉向低碳經濟過渡期間繼續使用煤炭。

而最具突破性的創新技術為Allam-Fetvedt循環技術，該技術是以天然氣(或煤氣)發電過程中，利用富氧燃燒後產生超臨界（高壓和高溫）CO2，除可捕獲高達97%的CO2外，亦可消除NOx及Sox。

案例：

8 Rivers Capital 計劃結合Allam-Fetvedt循環和製氫技術，以天然氣為原料聯合生產電力和氫氣，目前正在新西蘭 Pouakai進行結合電力、氫能、化肥廠以及CCUS的整合工程研究。

(四)負排放技術

1. 生物能源與碳捕獲與儲存（BECCS）

生物CO2（Biogenic CO2）係透過燃料處理（Fuel Processing），例如：以發酵方式生產生物乙醇產生的CO2（此方式產生的CO2濃度非常高），以及直接燃燒生物燃料產生。世界上多數BECCS設施皆從乙醇工廠捕獲CO2，由於CO2純度高，只需要脫水處理後就可以壓縮進行運輸和儲存，也能降低捕獲成本。

案例：

美國伊利諾州的Decatur乙醇工廠將玉米轉化為乙醇製程中的CO2進行壓縮，並在附近合適的地質中封存，預計每年可封存1Mt的CO2。

2. 直接空氣碳捕獲和封存（DACCS）

與BECCS不同，DACCS設施直接從大氣中捕獲CO2，因而具有3個主要優勢：

(1)捕獲廠與儲存地可位於同一地點，進而降低運輸成本；

(2) DACCS工廠可建置在有風能的地方，進而降低風扇運作成本；

(3) DACCS工廠可建在可使用再生能源電力的地方。

目前從大氣中捕獲CO2比從其他來源捕獲更為困難，係因大氣中的CO2濃度非常低，約為百萬分之400（是燃氣發電煙氣中CO2濃度的百分之一），要對低濃度CO2進行濃縮的技術和能源需求都相對較高。

案例：

加拿大Carbon Engineering公司開發了一種直接空氣碳捕獲技術，使用氫氧化鉀 （KOH）溶液吸收大氣中的CO2，透過化學反應將CO2捕獲為碳酸鹽（Carbonate Salt），並煅燒加熱分離CO2。驅動該過程的能源為外部供應的再生能源電力或燃燒天然氣。在燃燒天然氣的情況下，燃燒過程產生的CO2會被捕獲，因而該工廠可以靈活地使用再生能源電力或天然氣的組合。根據Carbon Engineering分析，利用該技術的CO2捕獲成本可降低至150美元／公噸。

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、結論

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。因此，IEA在Energy Technology Perspectives 2020: Special Report on Carbon Capture Utilisation and Storage報告中提出政府推動CCUS技術應用的4項建議：

(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。