面對國際減碳壓力 我碳再利用技術 如何LEVEL UP?
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發布日期:2016/08/28

2015年底於巴黎召開的COP21達成了幾項重要協議,希望透過富國出錢出人協助發展中國家共同努力減碳,目標是控制全球平均溫升低於工業革命前攝氏2度,且努力追求低於攝氏1.5度,其中一項重要要求是對國家承諾貢獻(NDC)進行追蹤與檢視,由原本的「自願性」變成實質上是「準強制性」。

我國氣候變遷績效指標(CCPI)歷年來表現甚差,屬非常差的紅色等級,因此飽受國際減碳壓力,故此次COP21台灣的NDC承諾是到2030年時,台灣溫室氣體排放量將比起不進行減排時的預期排放量低50%,換句話說,就是到2030年時,台灣溫室氣體排放量將比2000年低。這目標對核能使用爭議一直無法解決的台灣而言,挑戰非常的巨大,除了發展綠色再生能源取代現有燃煤及其他火力發電外,製造業的減碳技術運用也是勢在必行。

面對減碳壓力,台灣除了節流外也要開源。節流是改善生產效率或能源運用效率以降低能源使用量,進而減少碳的排放,而開源則是透過碳的捕捉、封存或再利用而將二氧化碳CO2消除。封存方式是將捕獲的CO2打入海底或地底下,但這牽涉到地質條件的評估及封存技術。在喀麥隆NYOS湖事件後,陸地封存普遍存有疑慮,而海底封存技術上更困難些,也同樣會有因為地震等地質變動而溢散的問題。雖然台灣四周環海,適合海底封存,但在場所評估及技術疑慮未能解決前,恐仍曠日持久。因此發展碳的再利用技術,將原先要排放的碳變成原料轉變成新的產品甚至是能源,應是台灣另外的選擇。

碳的再利用目前主要有兩個方向,一是利用CO2合成其他化學品,另一則是善用或仿效植物處理CO2的技術,這又分藻類養殖及人工光合作用技術。

CO2合成其他化學品是以CO2為碳源,與其他化學品反應而成為有用的產品,目前最常見的是合成尿素、水楊酸、碳酸酯等,其中尿素占最大宗,但所消耗的CO2量仍遠遠不及全球排放量,故仍須尋找更多有價值的合成化學品。目前產學界認為甲醇、碳酸二甲酯、二甲基醚是最具潛力的CO2合成化學品。

甲醇可當溶劑和燃料,廣泛運用於各產業中,由於甲醇燃燒效率及燃燒後CO2排放均優於汽油,若能解決甲醇腐蝕問題,則可以取代部分汽油需求,市場甚為寬廣。

將甲醇進一步碳化則可得碳酸二甲酯,有很多用途,其中之一是可取代有爭議的無鉛汽油添加劑MTBE。碳酸二甲酯目前所知的合成技術多多少少都有些問題,因此若能發展出更佳的合成技術,未來將可取代100億美元以上的MTBE市場。

二甲基醚同樣也是甲醇再碳化的另一種產品,主要做為化粧品噴霧劑,但也有其他用途如溶劑、萃取劑等,甚至高濃度的二甲基醚可當作麻醉劑,但其最大的潛力是取代市場龐大的柴油(約1兆美元)。

目前全球各大化工公司均積極發展將CO2更有效率的合成為甲醇及將甲醇再碳化技術,除了具減碳效益外,也能創造龐大的市場商機。我國化工製程研究已經累積相當能量,加上面對歐盟的減碳壓力,發展CO2再利用產業是雙贏的策略。

利用植物優異的CO2轉化效率也是碳的再利用策略之一。目前主要發展方向有二,一個是直接利用植物的微藻養殖技術及模擬植物系統的人工光合作用技術。

微藻因光合作用效率高且容易培養,成長也快速,其CO2減量效率是一般植物的數十倍,因此利用生物及工程科技養殖微藻是目前相當受重視的減碳技術。微藻是適應力強、分布廣泛的10ΜM左右的單細胞藻類,海水、淡水、潮溼土壤都可見其蹤跡。微藻養殖所需土地面積小且不用考慮土地條件;可用海水或廢水養殖,故不會浪費水資源;可利用工廠排放CO2及廢水中的養分養殖,所需營養物質不多。而微藻可採收利用,開發成葉黃素、DHA、EPA等高單價產品或動物、水產養殖飼料,也可萃取藻油製成乙醇或生質柴油,作為航空燃料等。

微藻養殖最佳範例是美國太空總署NASA所開發的海上微藻養殖系統OMEGA,該系統將藻類養在放置於海上的長條型養殖片上,就如巨型的海帶般隨海浪飄動。養殖片接上廢水廢氣管路,透過微藻的光合作用吸收廢水廢氣中的CO2、多餘物質並排出乾淨的水和氧氣。而隨著海浪起伏也可充分攪拌養殖片中的藻類以提高生產率,整套系統解決了土地、培養物質及攪拌照顧等問題,又可以處理廢水廢氣。

人工光合技術則是由日本率先啟動的技術,其模仿植物光合作用原理,開發可以利用太陽能高效率將水分解成氫及氧的光觸媒轉換材料,再利用產出的氫氣與CO2反應生成有機化合物如甲酸、甲烷或醇類等。整個過程中只需要陽光、水和CO2及光觸媒材料,透過太陽能將CO2轉換成環保燃料。

人工光合技術由日本啟動,但已經受到歐美各國的重視並紛紛投入資源研究,雖然目前受限於光觸媒轉換材料昂貴、轉換效率仍未達實用階段,但假以時日,未來也有潛力成為減碳工程的一大利器。

台灣四面環海,能源、土地及水資源極度缺乏,在減碳技術選擇上須考慮前述因素,上述所提減碳技術都符合台灣國情,值得產學研合作發展,以達成台灣NDC承諾。

(本文刊登於2016/08/28工商時報A9)

關鍵字: 減碳 ; 碳排放 ; COP21