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地質綠能與減碳(5):台灣地質封碳之未來挑戰

二氧化碳封存為當今國際間爭先發展的先進技術,加拿大、挪威等處也有不少商業運轉案例,台灣在近幾年間也開啟地質封碳的研究篇章。然而,在經過長年的研究經驗累積之後,科學家所相信的評估系統與監測系統卻仍然敵不過民意,地質封碳技術在欠缺實地經驗的情況之下,該如何繼續發展?地質封碳在台灣能再次看見曙光嗎?
 
 
 

根據聯合國氣候變遷政府間專家委員(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)統計,化石燃料發電是全球最大的碳排放源,在進行減碳策略規劃時,應先針對此相關議題做改善。除了提升化石燃料發電的效能以減少碳排放量,各國也針對該如何在發電過程中捕獲二氧化碳進行研究。

 

現階段的捕獲技術可分成三種:燃燒前處理(Post-combustion)、燃燒後處理(Pre-combustion)、富氧燃燒(Oxyfue)。燃燒前處理通常搭配氣化複循環發電系統(Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC),將燃煤氣化後產生的一氧化碳與水反應,形成二氧化碳,再進行捕捉;燃燒後處理技術,是透過液體吸附的方式將二氧化碳分離;富氧燃燒則是透過讓化石燃料在純氧的環境裡燃燒,讓產物簡化至只有二氧化碳與水蒸氣,如此一來捕捉的作業就簡單多了。

 

台灣目前擁有的捕獲技術是由工業技術研究院發展的鈣迴路捕獲二氧化碳技術,屬於燃燒後處理技術,將工廠廢氣與氧化鈣結何形成碳酸鈣沉澱,加熱分解出其中的二氧化碳,便可運輸至封存場址進行封存。然而,台灣目前的捕獲技術尚未達到商業運轉階段,累積捕捉經驗實為當今之必須。

 
藉著捕獲的二氧化碳進行增進油田採收(Enhanced Oil Recovery,EOR),順便把二氧化碳留在油田中,也是另類的封存方法(由世新大學「二氧化碳與能源發展科普推廣計畫」製作)
▲藉著捕獲的二氧化碳進行增進油田採收(Enhanced Oil Recovery,EOR),順便把二氧化碳留在油田中,也是另類的封存方法(由世新大學「二氧化碳與能源發展科普推廣計畫」製作)
 

完整地質評估

 

將捕捉到的二氧化碳送入地下封存前,必須先針對地下儲氣窖進行完善的地質調查與封存量評估,確認蓋岩層(Cap Rock)的完整性,以防止其日後洩漏(Leakage)可能,透過數值模擬的方式預測注入二氧化碳之後的移棲行為,將地球化學及岩石物性參數皆加入模組,藉此計算出二氧化碳地質封存之動態模型,有效掌握地下儲氣窖的狀況,也可針對注入量等進行策略規劃。

 

政策與市場需求配合

 

二氧化碳封存產業鏈涉及多方技術的整合,除了工程與地質方面需要有相對應的技術之外,經濟分析也是相當重要的。二氧化碳封存處理公司接受委託注儲二氧化碳的費用,被封存的二氧化碳若是地底條件理想,有機會能被非民生用水層過濾,日後還能再生產純淨的二氧化碳再次進入產業鏈創造更多經濟效益。然而,大前提是二氧化碳封存的上中下游產業鏈都可以完整地發展,並且政策與市場需求能互相配合,這也是二氧化碳封存目前所面臨的挑戰之一。

 

目前世界上已經成功運轉的碳地質封存計畫地點皆為舊油田,除了可以將二氧化碳放入沒有生產價值的油田中儲存,也可在油田產能下降時,藉著捕獲的二氧化碳進行增進油田採收(Enhanced Oil Recovery,EOR),順便把二氧化碳留在油田中,也是另類的封存方法。另外,將碳地質封存技術與地熱能源結合是另外一個新穎的選擇,在使用外部流體注入地層內取熱時,以二氧化碳取代水,在取熱過程中順便把二氧化碳留存在地下,當地熱田耗竭時,便可仿照舊油田的模式將之封存於地底。

 
三種碳捕獲技術介紹(圖片來源:Global CCS Institute)
▲三種碳捕獲技術介紹(圖片來源:Global CCS Institute)
 

法規尚未完備

 

台灣目前的二氧化碳捕獲與封存市場仍在建構之中,並且法規對於二氧化碳注儲仍有待商榷,有明確的政策方向,卻沒有資源支持。每一項新科技初期發展的背後都需要龐大的資金支持,目前全球有55個大規模碳捕存計畫,加拿大、挪威與阿爾及利亞已經有商業運轉的經驗,總封存量超過一億噸,其中挪威的Sleipner是世界上第一個以減少二氧化碳排放為目的的場址。

 

封存風險評估和注儲工程師做的過程中所需的技術,包括地質調查和地層工程等,在石油業中已有完善的研究背景發展,與豐富的過去經驗了。除了增進採收之外,截至目前為止大多數的研究是由國際間合作與各國政府地球科學和能源機構的科學家與工程師所完成。目前規模雖不大,但各國間私人企業的研究能力正在增長。但是,執行大規模的二氧化碳捕捉與封存專案像是澳洲外海的Gorgon、 阿爾及利亞的In-Salah和挪威的Sleipner等從概念模型階段導入大規模的現場操作技能還未完善。

 

碳封存所需的技術除了油層工程以外,可以和其他工程領域相互借鑒,但需要對其進行改良,以適用於預測地下流體的流動和固體管線材料的物理和化學特性等分析。捕獲及封存的策略開發及封存量量測、洩漏監測等技術都在不斷進步中。但是,隨著場址不同,針對其地層條件與環境所需施作的量測也不同,需仰賴模擬與現場的配合來進行注儲規劃。

 

許多關於碳地質封存的新點子正在世界各個角落誕生,若此時台灣人民可以回轉聽取專業,政府若可以多效仿其他國家成功的地質封碳例子,多方宣導,使得專家學者們可以自由地發展,致力專注於研究;政府若能起身當頭,促成業界與學界多方合作,相信碳地質封存的光明未來將不再只是願景。

 
 

(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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