台電月刊 - 打開電力新視野

碳捕集計畫 讓CO2找新去處

731期

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當淨零排放成為國家政策後,減少碳排就成國家發展主要目標之一,因此台電除了推動燃氣橋接減少碳排放之外,也同步發展碳捕集計畫,希望進一步降低碳排放,其中台中發電廠的首個碳捕集封存示範計畫,就成為試驗發展關鍵。

鑑往知來 碳捕集封存技術 已於全球電廠起步

能夠協助火力發電廠有效降低碳排放的碳捕集、再利用與封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)技術就是將排放的碳進行捕集、運輸、封存、再利用,其中二氧化碳的捕集、封存已經發展很長一段時間,過去在開採天然氣的時候,天然氣跟二氧化碳會混合在地層當中,為了要得到濃度高的天然氣,就會把二氧化碳從中分離,再打回地底儲存,所以過去已經行之多年,尤其在油氣工業當中算是運用很久的技術。

當已經有一定技術成熟度的碳捕集遇上火力發電廠,是如何進行捕集?綜合研究所資深研究專員楊明偉博士解釋,火力發電廠是使用煤炭、天然氣、燃油等燃料種類進行發電,經過燃燒後會產生二氧化碳,隨著空氣當中的氮氣、水分經過煙道、煙囪,並透過過濾、脫硝、脫硫等程序後排放到大氣之中,二氧化碳也隨之排放,但現在因須減緩溫室效應的關係,所以要把二氧化碳集中起來,這就是碳捕集的起源。

雖然碳捕集技術過去在油氣工業中時常運用,但因為價格問題,過去發電業只僅止於測試階段,目前全球有3至4個火力發電廠有做過CCUS技術的商轉驗證工作,加拿大、美國都有電廠曾經測試過每年百萬噸的二氧化碳的捕集及封存驗證,現在為了減碳,各國皆開始陸續啟動計畫測試實際效果。

臺灣想做碳捕集 台電如何踏出第一步?

不僅國外的電廠開始測試,台電也開始進行相關碳捕集試驗,不過要捕集二氧化碳,也要有合適的場地才行。

楊博士指出,台電從民國99年開始就開始進行地質調查,希望找出合適的地方進行封存二氧化碳的測試,透過取出岩心樣本,檢測地層物理性質,並且在實驗室進行二氧化碳的灌注模擬測試,看是否會對地層模型造成影響,這些研究完成並確認安全無虞後,才會正式啟動計畫。

值得注意的是,近期台中發電廠最近才剛通過環境影響評估「簡稱環評」審查,由於環評文件具有強制性,因此要根據變更內容對照表來調整計畫。環評委員希望作更細緻的調查,因此台電會積極的增加進行鑽井及實地調查。

楊博士指出,面對未來可能的封存地點,一開始必須從研究地底岩層狀況著手,與過去資料對比現在初步採掘的狀況後,便能對岩層有些了解,不過對於整體岩層分布、如何安置存放二氧化碳的位置,像是有孔隙的儲集層位在哪,上方是否有緻密的岩層可以封存二氧化碳不外露,這都還需要再找尋合適地點。

二氧化碳在空氣中雖然沒有毒性,但是大量的二氧化碳在大氣中就會加劇溫室效應,因此透過碳捕集技術來減少二氧化碳排放到空氣當中,後續把這些二氧化碳封存或是再利用,其中封存就可能是藏在地底或是其他容器內。

不過,要把二氧化碳灌注到地底,其實跟外界想像差很大,灌注二氧化碳要深入地底,在地底表現的樣態不是一般所認知的氣體,而是類似流體形態的超臨界流體。因為當地層深度在海平面800公尺以下時,自然壓力會超過臨界點(超過72.9個標準大氣壓力、溫度高於攝氏31.1度),二氧化碳就會從氣體轉化成超臨界流體。

燃煤電廠減碳新方向 台中發電廠為示範基地

現在為了要試驗CCUS的可行性,因此選定台中發電廠作為示範測試計畫的地點,由於台中發電廠占地較廣,場區還有空間可以增設碳捕集設備,透過捕集電廠排放的二氧化碳,除了可以進一步降低碳排放,也可以讓電廠空污排放也隨之減少。

被問到二氧化碳捕集的效率為何?楊博士說,捕集二氧化碳的技術相當多,其中台電選擇測試的溶劑法的捕集率相當高,回收煙道內的二氧化碳最高可以達到90%,未來若隨科技進步,捕集率還可以再提升,預期最高可以超過95%甚至99%,接近淨零的目標。

楊博士說,當未來台中發電廠減碳園區完工啟用後,初期規劃日捕集6噸二氧化碳,全年大約2000噸,相較於一部機組一天排碳量就超過1萬噸來說,未來還有很長的路要走。

為達淨零 碳捕集技術現在就需啟動

要達到2050淨零排放的目標,電力減碳是重要課題。但依整體規劃來看,火力發電廠仍得維持一定的發電量來平衡電力所需,因此需要更具體的減碳作為,例如降低含碳燃料,未來甚至可以逐步增加燃氣混氫、甚至是純氫能的機組,讓二氧化碳排放可以逐年降低,達到淨零排放的目標。

楊博士表示,將來的火力發電廠為搭配再生能源調度,電廠仍會繼續運轉,因此除了現有的複循環機組外,燃氣複循環機組會加裝混氫、甚至是碳捕集設備。在邁向淨零排放的過渡期間內,電力來源未能脫離含碳的燃料前,火力發電廠增加CCUS設備就勢在必行。

根據台電規劃的CCUS示範性計畫內容,從民國108年就開始陸續從煙道進行捕集二氧化碳的測試,預計在民國113年至115年捕集試驗工廠可以完成,屆時捕集下來的二氧化碳就會搭配封存,而封存計畫從明(113)年就會開始展開相關工程準備工作,預計利用2年的時間做調查。如果順利的話,民國115年至116年間可以把首波捕集的二氧化碳來進行相關試驗。

二氧化碳再利用 工業製程應用層面廣

至於二氧化碳的直接再利用計畫,楊博士說,二氧化碳在工業製程上也是不可或缺的物質,可以運用在金屬焊接、或是當成溶劑清洗電子零組件等。原先這些二氧化碳都是來自於石化產業的副產品,但石化產業供給二氧化碳的量會隨著整體的減碳過程逐漸減少。因此如果電廠進行碳捕集後,可以轉為二氧化碳的供應源頭,這樣再利用的同時,不僅可以減少生產二氧化碳所使用的化石燃料,同時做到減碳的目的。

二氧化碳捕集下來也可以拿來種植農作物,促進農作物的生產。以日本來說,透過蒐集電廠排放的二氧化碳,送至鄰近農場進行植物類型的碳捕集,也有這樣的例子可以參考,只是使用量可能還需要再擴充、想辦法相互搭配。

固碳技術多元 各有不同挑戰

在政府規劃的2050淨零排放路徑當中,仍有超過20%的低碳或零碳火力發電,因此需要結合碳捕集來穩定電力供應。未來天然氣發電廠還會存在很長一段時間,在運轉過程當中會逐步搭配混氫使用,如混氫的比例不夠高,碳排短期內無法減少,那就必須繼續搭配使用CCUS技術。

使用化學吸收法,利用溶劑來吸收煙氣的二氧化碳,應是較為符合台電現況的方式。另外,為了彌補CCUS成本上升的支出,也有其他測試使用海藻、微藻來捕集二氧化碳的方式,透過養殖具高價值的微藻進行固碳。但是要全靠藻類來捕集二氧化碳,會受限於電廠可供開發的面積,因為電廠碳排放量相當大,藻類捕集就需要相應的大量設置面積來建立相關設備及養殖,具可行性的利用則尚待更進一步的技術研究成果。

CCUS門檻不高 在地溝通與後續利用為關鍵

當CCUS要在臺灣各地電廠落地,還是得重視在地居民的意見回饋。楊博士說,臺灣要推動CCUS在技術上並不難,但隨捕集量越來越多,將來的二氧化碳如何找到安全存放的地方?民眾對此也會抱持擔憂,所以民眾溝通就成實際執行上的重要課題。

目前技術層面也需要再檢驗,當二氧化碳往地底灌入一段時間後,可能會出現無法再持續灌入的情況,同時也怕二氧化碳會溢出原先設定封存的區域,因此當可行性研究確認沒問題後才會逐步放大規模。

點「碳」成「氣」 未來或可成儲能助力

對台電來說,二氧化碳也很有潛力作為儲能的一環,未來氫能運用及供應鏈逐漸形成後,可以讓氫氣與二氧化碳結合(H2+CO2),透過化學變化產生甲烷(CH4),直接在電廠內讓碳元素直接循環利用,讓氫能轉變成液化天然氣,解決現階段氫氣儲存不易的困境,且天然氣就可以使用既有的管線輸送及發電機組來燃燒,這都是未來很長期的可能性之一。

不過當物質在互換時一定會考量能源轉換效率,目前的技術在轉換效率方面還有再精進的空間,但如果跟其他再生能源或氫能等能源相比,無論在儲存方面臨的挑戰或是能源轉換效率,都需考量如何交叉使用來增加可行性。

碳捕集剛起步 未來還有很長的路要走

當碳捕集計畫逐步實現時,外界擔心大規模的封存二氧化碳可能對環境造成影響,楊博士解釋,現階段單套微型設備每日約捕集20公斤的二氧化碳,距離全廠零碳排的目標還很遠,因此會以現在試驗的成果,逐步滾動式檢討,未來會再提出新的碳捕集計畫。

由於2050年以CCUS技術為主的火力發電占比超過20%,未來的27年會持續測試各種的碳捕集技術,並展望未來可能的新技術,同時當碳捕集的成本下降後,碳捕集技術才有機會在臺灣逐漸發展擴大。

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