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離減緩氣候變遷更近一步？新技術可望讓碳捕捉成本大幅下降

Po Cheng Chen ・2018/08/23 ・1710字・閱讀時間約 3 分鐘・SR值 554 ・八年級

文／陳柏成，持續在自然科學領域探索的研究生

隨著人們對環境議題日益重視，對於該如何減緩氣候變遷（Climate Change）及面對其所帶來的影響，已成為當代的熱門顯學。

事實上，造成氣候變化的背後包含諸多因素，其包含了太陽輻射、地球軌道變化（可參考米蘭科維奇理論^[1]）、洋流的流場分布等，而今日我們所關心的「氣候變遷」，依據聯合國氣候變化綱要公約（United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC）所給予的定義，則特指人為因素所造成的影響^[2]：

「氣候變遷指除在類似時期內所觀測的氣候的自然變遷之外，由于直接或間接的人類活動改變了地球大氣的組成而造成的氣候變化。」
“Climate change” means a change of climate which is attributed directly or indirectly to human activity that alters the composition of the global atmosphere and which is in addition to natural climate variability observed over comparable time periods.

而目前廣為人知造成氣候變遷的人類活動，則主要為排放溫室氣體到大氣中，造成靠近地表面或是海表面的全球平均氣溫隨著時間逐漸升高，又稱為全球暖化現象（Global Warming）^[3]。由於二氧化碳是當前人類主要溫室氣體排放來源，該如何降低或再利用人類排放至大氣中的二氧化碳，則成為一個重要的研究領域。

碳捕捉及封存技術的誕生

為了解決上述問題，碳捕捉及封存技術（Carbon Capture and Storage, CCS）因而應運而生，自 1990 年代開始在各國陸續推動。簡單來說，該技術的目的為希望透過對排放二氧化碳氣體的收集及長期儲存隔離，以解決燃料釋出排放物所造成全球暖化及海洋酸化的問題^[4]。

其中已發展的相關技術包含臺灣工研院的鈣迴路碳捕獲技術^[5]、瑞士 Climeworks 公司的生物能源與碳捕獲和儲存（Bio-energy with carbon capture and storage, BECCS）^[6]、結合太陽能發電和碳氫化合物生產於同一地點的芬蘭 Soletair 碳捕捉工廠^[7]以及美國登山家（Mountaineer）發電廠的冷氨技術（chilled ammonia technology）^[8]等等。

CCS是如何運作的？影片來源／ NewGenCoal

若我們能將排放出去的二氧化碳回收再利用，這樣的應用自然是再好不過。然而雖然相關發展已日趨成熟，仍有兩項主要難題需克服，其一為投資成本高，其二則為效率的提升。例如以成本為例，這樣的技術依美國物理學會（American Physical Society）估計，規模生產一噸二氧化碳將需花費 600 塊美元。

碳捕捉成本可望大幅下降

有幸的是，根據今年《Joule》期刊發表的新研究顯示^[9]，其投資成本可望大幅降低，來到 94 到 232 美元／噸的價格區間。該研究背後的公司碳工程（Carbon Engineering）除了計畫將碳捕捉成本降低外，甚至將利用採集到的二氧化碳進一步轉化為液體燃料，其包含柴油、天然氣及航空燃油（Jet fuel）等。

轉換方式為透由將水電解為氫氣及氧氣後，讓氫氣與二氧化碳進一步以一般化學工程技術結合成液態碳氫化合物（hydrocarbons，又稱為烴類）。藉由這種方式，假如我們能將碳捕捉成本控制在足夠低的範圍，則將能以每公升一美金的價格合成燃料。

透由直接從空氣中捕捉二氧化碳，並生成合成燃料。圖/CARBON ENGINEERING

雖然目前這樣的成本仍比多數在市面上的燃料還貴，但一來價格差距不大，二來由於生產過程是透由將大氣中的碳進行捕捉循環，因此在可作為一種低碳燃料（low-carbon fuel）的條件下，將會刺激政策進一步推動相關計畫而降低成本。

依照氣候學家推估表示，若想避免全球溫度達到上升 2℃的情境，在二十一世紀中葉之前，勢必得將排放二氧化碳的程度降至幾乎為零；然而二氧化碳捕捉技術究竟有無助於減緩氣候變遷？在大規模的使用下是否可能產生其他未預期的效應？這仍是有待持續觀察與研究的目標。

參考文獻

2018/9/12 編按：修改碳氫化合物（hydrocarbons），原誤植為碳水化合物。

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Po Cheng Chen

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熱愛自然科學，曾擔任PanSci實習編輯，現於美國就讀博士班。

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為什麼有些人吃不胖，有些人沒抽菸卻得肺癌，有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢？這一切都跟我們的基因有關！無論是想探究生命的起源、物種間的差異，乃至於罹患疾病、用藥的風險，都必須從了解基因密碼著手，而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上，DNA 解碼從 1953 年的華生（James Watson）與克里克（Francis Crick）兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構，闡述 DNA 是以 4 個鹼基（A、T、C、G）的配對方式來傳遞遺傳訊息，並逐步發展出許多新的研究工具；1990 年，美國政府推動人類基因體計畫，接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入，到了 2003 年，人體基因體密碼全數解碼完成，不僅是人類探索生命的重大里程碑，也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成，卻因為基因定序技術的突飛猛進，使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展，早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位，但無法排序；直到 1977 年，科學家桑格（Frederick Sanger）發明了第一代的基因定序技術，以生物化學的方式，讓 DNA 形成不同長度的片段，以判讀測量物的基因序列，成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求，出現了次世代定序技術（NGS），將 DNA 打成碎片，並擴增碎片到可偵測的濃度，再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速，且成本更低，讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對，解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤，也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面，儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因，但對於改善個體健康仍有積極的意義，例如：若透過基因檢測，得知將來罹患糖尿病機率比別人高，就可以透過健康諮詢，改變飲食習慣、生活型態等，降低發病機率。又如癌症基因檢測，可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測：前者可偵測是否有單一基因的變異，導致罹癌風險增加；後者則針對是否有藥物易感性的基因變異，做為臨床用藥的參考，也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者，基因檢測後續的生物資訊分析，包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等，對臨床醫療工作都有極大的助益。

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同，而不同族群之間更存在著基因差異，使得歐美國家基因庫的資料，幾乎不能直接應用於亞洲人身上，這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」（Taiwan biobank），希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起，中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」（TPMI），希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫，促進臺灣民眾常見疾病的研究，並開發專屬華人的基因型鑑定晶片，促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人，這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者，超過 99％是來自中國不同省分的漢族移民人口，其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫，其中，漢族的全部遺傳變異中，有 21.2％的人攜帶遺傳疾病的隱性基因；3.1％的人有癌症易感基因，比一般人罹癌風險更高；87.3％的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性，例如：若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型，醫生在開藥時就能使用替代藥物，避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰：個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門，但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上，存在著道德倫理的考量，例如：研究用途的資料是否能放在病歷中？個人資料是否受到法規保護？而且技術上各醫院之間的資料如何串流？這些都需要資通訊科技（ICT）產業的協助，而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言，建議患者做基因檢測是因為出現症狀，希望找到原因，但是如何解釋以及病歷上如何註解，則是另一項重要議題。

從人性觀點來看，在技術更迭演進的同時，對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生？回到了解病因的初衷，在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時，家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等，都是值得深思的議題，也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好，因此，基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統，以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡，將是下一個基因時代的挑戰。