二氧化碳捕獲技術介紹(一)燃燒後捕獲

 
2017/06/26 李元亨 | 國立成功大學資源工程學系     387
 

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

 
 
 
相關文章