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

• 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. 

全球暖化造成海表面上升，是當代重要的氣候議題。圖／pixabay

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

• [1] Milankovitch cycles
• [2] United Nations Framework Convention on Climate Change （UNFCCC）
• [3] Global Warming 101
• [4] What is CCS？
• [5] 巨無霸空氣清淨機－鈣迴路碳捕獲技術
• [6] First commercial carbon capture plant is going live in Switzerland
• [7] Soletair demo plant produces renewable hydrocarbon fuel from CO2 captured from the air
• [8] First Look at Carbon Capture and Storage in a West Virginia Coal-Fired Power Plant
• [9] Keith, D. W., Holmes, G., Angelo, D. S., & Heidel, K. （2018）. A Process for Capturing CO 2 from the Atmosphere. Joule.

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