氣候變遷已成為全球關注的重要問題，其中最令人關注的是溫室效應。從18世紀人類進入工業化開始，人為活動產生的大量二氧化碳排放到大氣中，大氣內溫室氣體濃度的提高，造成溫室效應逐漸加劇，進而使全球氣候升溫以及海平面上升。

二氧化碳捕獲與封存(簡稱碳捕存)技術，是IEA(International Energy Agency, 國際能源總署)提出的有效溫室氣體減量方案之一，相比於其他方案，碳捕存所需成本較低，且技術較為成熟。

碳捕存技術指的是，將化石燃料所產生的二氧化碳，利用捕獲技術加以分離，利用管線、船運、火車等方式，運輸到封存場址進行封存。其中，二氧化碳捕獲技術，依照其原理及流程，可將二氧化碳捕獲分為燃燒後捕獲、燃燒前捕獲、富氧燃燒三種方式，本文將針對富氧燃燒進行介紹。

富氧燃燒技術的原理

富氧燃燒，指的是將空氣送入空氣分離系統，去除空氣內絕大部分的氮氣，以獲得富氧(指含氧量>21%的氣體，極限為純氧氣，多設計為含氧量在95%以上的氣體)，將富氧以及部分燃燒後產生的煙氣混合，送入鍋爐內進行燃燒。

由於在空氣分離的過程中已去除大部分的氮氣，化石燃料在接近純氧的條件下燃燒，而燃燒後產生的煙氣，透過再循環進行二次燃燒後，使氧氣燃燒反應更完全，排放的煙氣以高濃度的二氧化碳與水為主，透過乾燥、壓縮、除硫後，即可得到高純度的二氧化碳。

富氧燃燒技術的優缺點

由於化石燃料在高氧低氮的環境進行燃燒，大幅減少了氮氧化物(NOx)的產生，而煙氣所含雜質少，以二氧化碳與水為主，減少污染氣體的產生與排放。同時，因為不含氮氣，氧氣濃度增加，能量作用在氧氣燃燒上，火焰相對穩定，並提升火燄溫度，增加燃燒效率，減少燃燒時的熱量散失，也能大幅減少煙氣量。因此，富氧燃燒具有高能源利用率、產物乾淨、所需處理的煙氣量少等優點。

雖然富氧燃燒具有很多優點，但目前傳統使用的製造氧氣的方法，如深冷分離法、變壓吸附法、薄膜分離法等，所需的能量大，以及建置的成本較高，因此目前尚無法滿足大規模運轉富氧燃燒的需求。此外，富氧燃燒時，高含氧氣體的燃燒，導致鍋爐內火焰傳播速度快、火焰溫度高，鍋爐及燃燒器在運轉時的高溫，無法適用於一般鍋爐，必須採用特殊設計的鍋爐及相關燃燒設備，避免設備因為高溫而使耐火材料受損。

整體而言，富氧燃燒可有效提升能源效率，大幅減少燃燒時的熱量損失，在節約能源使用、減少煙氣量、減少污染排放、二氧化碳捕獲等方面，皆有明顯效益。但由於傳統製氧方式的能源成本較高，且需針對富氧燃燒製作高耐熱的儀器，目前尚未有大規模商業運轉。

（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