二氧化碳封存(三):礦化封存與效益分析

 
2017/06/27 李元亨 | 國立成功大學資源工程學系     273
 

18世紀開始,工業活動興盛,伴隨著大量溫室氣體(以二氧化碳為主)的產生,大氣內溫室氣體濃度提高,使溫室效應更加劇烈,造成全球氣候逐漸升溫。二氧化碳捕獲與封存(簡稱碳捕存)技術,是有效的溫室氣體減排措施之一,可使二氧化碳與大氣長期隔絕,而減緩溫室效應。

 

依照封存場址的不同,碳封存技術可分為地質封存、海洋封存、礦化封存三種方式。其中,礦化封存與地質封存及海洋封存有極大的不同,並非將二氧化碳以注入的方式封存於特定的封存場址內,而是於地表進行封存。

二氧化碳礦化封存,是將二氧化碳與鹼土金屬氧化物(如氧化鎂(MgO)或氧化鈣(CaO)等)進行反應,形成固態碳酸鹽類(如碳酸鎂(MgCO3)或氧化鈣(CaCO3)等)或其他副產品。

 

在鹼土金屬中,由於地殼內含有大量的鈣與鎂,所以含鈣及含鎂的矽酸鹽類礦物,如蛇紋岩(Mg3Si2O5(OH)4)、矽灰石(CaSiO3)等,最常被用來當作礦化封存的原料。

 

乾式與濕式的礦化封存

 

依照礦化反應的操作方式,礦化封存可分為乾式及濕式。乾式礦化封存,指的是在化學反應進行所需的特定溫度與壓力之下,氣態的二氧化碳直接與所需的固態原料進行反應,生成固態碳酸鹽類。濕式礦化封存,指的是將原料及二氧化碳溶解於溶液中,由鹼土金屬離子與碳酸離子(CO32-)進行反應,形成碳酸鹽而沉澱,再透過分離的程序,分離出固態碳酸鹽。

 

因此礦化封存相較於地質與海洋封存,利用化學作用反應,將二氧化碳轉化成固態的碳酸鹽類,碳酸鹽類可長期且穩定的存在,不易發生二氧化碳洩漏到大氣中的問題,因而不需要在封存之後進行監測,可節省監測的成本,但後續產物的存放仍是問題。

 

額外的運輸及放置成本

 

然而,目前礦化封存仍存在大量需要解決的問題。由於技術尚未成熟,目前大部分礦化封存的反應速率慢、操作成本高、所需能量成本也高,仍需要透過研究改善礦化反應及流程。此外,目前礦化封存所需的原料量極為巨大,為了封存1公噸的二氧化碳,需要大量的碳酸鹽做為反應的原料,以蛇紋岩及矽灰石為例,每公噸的二氧化碳,需要2.1 公噸的蛇紋岩或 2.6公噸的矽灰石,而產生了3.1公噸或3.6公噸的碳酸鹽需要進行放置,而增加了額外的運輸及放置成本。

 

理論上,地殼內含有的矽酸鹽類礦物可以固化所有化石燃料燃燒所產生的二氧化碳,但大規模開採矽酸鹽類礦物,對環境造成極大的破壞,並且產生的碳酸鹽在後續運輸及儲存上也有著極大的問題。因此,在估算礦化封存的封存潛能前,仍有許多的關卡需要研究與突破。

 

整體而言,礦化封存目前為一個尚未成熟的封存方法,雖然在封存安全性上有極大的優勢,但在原料開採、礦化反應速率、操作成本、所需能量成本、後續產物的運輸、儲存、或是否能再次利用等問題上,仍需進行許多的後續研究以改善。

 

(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

 
 
 
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