從18世紀至今，為了滿足人類的需求，化石燃料大量使用於各行各業中，造成大量人為產生的溫室氣體排放到大氣中，造成全球暖化與海平面上升等多項災害。因此，如何有效減少全球二氧化碳的排放量、降低全球暖化和氣候變遷，已是全球重要課題。二氧化碳捕獲及封存(簡稱碳捕存)技術，是國際公認有效的二氧化碳减排措施之一，可將二氧化碳與大氣長期隔絕，讓大氣層內的溫室氣體濃度維持穩定，降低全球暖化。

碳捕存技術，可分為捕獲、運輸、封存三個部分。其中，碳捕獲技術，在化石燃料轉化為能源的過程中，利用化學或是物理的方式，將廢氣內的二氧化碳從廢氣中分離，並提純為高濃度的二氧化碳，進行後續的運輸及封存。依照原理的不同，可將碳捕獲技術分為燃燒後捕獲、燃燒前捕獲、富氧燃燒三種方式，本文將針對燃燒前捕獲進行介紹。

燃燒前捕獲技術的原理

燃燒前捕獲技術，指的是在化石燃料燃燒前，先轉換成含有化學能的氣體，再將其內的二氧化碳與攜帶能量的其餘氣體分離，以達到在燃料利用前分離二氧化碳的效果，最典型的代表技術為整體煤氣化聯合循環發電技術(Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC)。

IGCC(包含碳捕獲)的系統流程為，化石燃料經過前面描述的程序處理後，進入氣化系統，與空氣所分離的氧氣或水蒸氣反應，產生以一氧化碳和氫氣為主的合成氣(包含氫氣、一氧化碳、二氧化碳、水蒸氣等)，進入轉化反應器內，經由水煤氣轉化反應，使合成器內的一氧化碳轉化為二氧化碳，再利用物理或化學方法，如吸收法、吸附法、薄膜分離法等，將二氧化碳與氫氣加以分離後，氫氣送入循環系統進行發電，或作為工業原料使用，二氧化碳則作為封存使用。

燃燒前捕獲技術的優缺點

燃燒前捕獲技術的主要優勢，為在同等的二氧化碳捕獲比例(90%)下，能量損失(~20%)小於燃燒後捕獲(~30%)，且水的使用量較少。此外，由於合成氣處於相對高壓的情況，可以使用更有效的分離方法(如物理吸收等)，使二氧化碳捕獲變得較為容易，並降低能量耗損。

因為要從一般發電廠轉換為IGCC發電廠較為困難，所以燃燒前捕獲技術僅適用於新建設的發電廠，而所需的投資成本及運行成本依然過高。此外，雖然在同等捕獲比例下，燃燒前捕獲系統的能量損失較小，但能量損失仍然極高，需要進一步的降低。

根據Global CCS Institute於2014年提出的全球碳捕存報告，美國、歐洲等地區的CCS發展皆以燃燒前捕獲為主流(約占70~80%)，而亞太地區則三種捕獲方式皆有，但仍以燃燒前捕獲為主(43%)。

整體而言，燃燒前捕獲系統的能量轉換效率高，產物乾淨且低汙染，為目前碳捕獲技術的發展趨勢，但不易由現有發電廠進行改換，需新建設IGCC發電廠，使發展所需成本高，並且仍需要透過未來研究，以降低其能量損失。

（本文由科技部補助｢新媒體科普傳播實作計畫｣執行團隊撰稿）

審校：沈建豪