碳捕獲與封存CCS─介紹篇

發布時間:106年09月04日

資料來源:第二期能源國家型科技計畫 計畫辦公室

什麼是CCS?

CCS又稱為碳捕獲與封存,可區分為二氧化碳(Carbon)捕獲(Capture)、運輸及封存(Storage)3大流程。完整流程係指將大型煤和天然氣發電廠、煉油廠、鋼鐵廠、製鋁廠、水泥廠、製氨廠、化工廠等排放的二氧化碳分離並捕獲起來,並傳送到適合的地質深層處封存、以利生物吸收(如藻類)或再利用,以避免排放到大氣中的一種技術,約可使發電廠減少85%-90%碳排放,是最接近實用與產業化(技術研發及專利、二氧化碳再利用、可能衍伸碳市場)的二氧化碳排放減量技術。

 

如何捕獲二氧化碳?

聯合國政府間氣候變遷小組(IPCC)統計二氧化碳排放量以化石燃料發電為最大的排放源,各個國家也相當重視在火力發電廠及工廠加裝CCS的技術,發展出三種二氧化碳捕集技術:燃燒後捕集、燃燒前捕集及富氧燃燒。捕獲的二氧化碳經分離以及壓縮後運輸至封存場封存,避免直接排放到大氣當中,以減輕溫室效應。國際上以燃燒後捕集技術最為成熟且已進入商轉,此技術在我國以工研院研發的鈣迴路捕獲技術最為出色,為同類型技術中,全球最大規模之試驗廠,於2014年獲得全球百大科技研發獎,之後鈣迴路捕獲技術開發成功後,到2030 年被商業化應用時,預計我國捕獲產業設備投資額可達千億元以上,每年操作運轉所帶動的產值將超過百億元。

 

如何運輸二氧化碳?

將二氧化碳由捕集點運輸至封存場址是CCS 專案中的一個重要步驟,可經由槽車、管線及船舶三種方式運輸到封存場址,適合台灣的狀況為前兩者。槽車運輸主要透過鐵路、公路方式進行運輸,僅適合短途、小量的運輸。管道運輸是一種成熟的市場技術,也是運輸二氧化碳最常用的方法,這種運輸方式適合運輸距離遠、運輸量大的需求。目前世界各國的管道運輸技術,皆廣泛的應用於運送天然氣、石油等液體,沒有在使用的管道正好可以再利用於二氧化碳運輸,30年來已經有許多成功的管線再利用商業模式,這些大規模的成功案例,說明了管道運輸技術上的安全性及可靠度,照目前的管線技術成熟度來看,利用此方式來進行運輸是最有經濟效益的考量。

 

如何封存二氧化碳?

二氧化碳封存是指將二氧化碳透過油井灌注在特定的自然或人工容器中,利用物理、化學或生化等機制,達到封存百年以上之目的。海洋、地層、人工貯槽(枯竭油氣田等)為目前普遍作為封存CO2的容器,其中封存方式可分為海洋封存、地質封存、礦化封存及生物封存等四類,地質封存是利用岩石圈的密閉空間或岩層的孔隙儲存二氧化碳,是目前聯合國認可的較大量且安全可行之減量方式之一。另外,碳封存與石油生產的過程原理相同,因此可以直接將行之多年的石油工程知識應用在灌注二氧化碳到地底下封存。

 

適合地質封存的地點?

為了確保封存二氧化碳而無洩漏,正確選擇適當的封存場址可以確保碳封存的安全,根據IPCC建議,良好的二氧化碳地質封存場址包含:枯竭(舊)油氣田,封閉構造,煤層,開放鹽水層。

封存場址必須有防止二氧化碳洩漏至地表的地質,一般來說,能儲存二氧化碳的地質具有以下特性:具有不透水特性的蓋岩層(cap rock)防止二氧化碳向上移動,以及具開放孔隙得儲集層(指水、石油或天然氣等液體聚集的地層)。二氧化碳能夠存在於儲集層內,最主要的因素就是覆蓋其上具有防滲功能的冠岩,它能夠像瓶蓋那樣將汽水中的二氧化碳封存在瓶中,防止其發生洩漏或移棲至地表或較上部之地層。

 

封存二氧化碳之後的安全性與監測系統?

被封存起來的二氧化碳與我們每天呼出的二氧化碳不同,若封存的地層深度超過800公尺,高壓高溫得環境使二氧化碳處於高密度的超臨界狀態,封存量得以大幅增加,而且會成為「流體」從而限制上升。剛灌注的二氧化碳會在儲集層流動但蓋岩會限制其流動的範圍,一部分氣體會溶解到鹽水層中失去所有活性;一部分溶解的物質與岩石發生反應形成礦物質,二氧化碳即被穩定固化在地底下長達數百萬年。此外,也有全面的監測系統隨時偵測二氧化碳封存在地底下的情況。

 

封存二氧化碳的可行性?

世界上有數百個天然的二氧化碳氣層(Natural CO2 reservoirs),已經儲存二氧化碳長達好幾百萬年,利用地質封存(Geological formation)儲存二氧化碳的現象早在大自然中就存在。另外,石油生產與碳封存的過程其實是一體兩面,石油系統的知識可以直接轉化給碳封存系統應用。石油工程的經驗中,利用耗竭氣層轉換為地下儲氣窖使用的可行性,以及石油工業界經常將二氧化碳灌注於已瀕臨生產耗竭的油氣田以增產油氣、提高油氣採收已是成熟技術(二氧化碳驅油氣技術,CO2 Enhanced Oil / Gas Recovery, EOR/ EGR),在美國、加拿大及中國大陸等地都已經行之有年。


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