<p>買房最重要的……不對！最重要的是碳封存，關鍵在於選對地段！跨政府氣候變遷專門委員會（IPCC）曾指出，經過精心選擇、設計和管理的地質儲存地點，甚至可穩定保存超過99％ 的二氧化碳達數千年之久存。究竟這個地點該怎麼選呢？選好之後，其實還得裝潢？現在，我們就依循碳封存（carbon storage）的原理，帶您了解專業人士如何尋找到這塊「風水寶地」，讓好不容易捕到的二氧化碳能安全、高效率且長期地儲存起來！</p>
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<span style="font-size: 20px;"><strong>熱門儲碳選址</strong></span></h2>
<p>碳封存（carbon storage），又稱二氧化碳地質封存（CO₂ geological sequestration），顧名思義是捕獲工廠、電廠等排放的二氧化碳，從而進行純化液化，再輸送到合適地點再以補注井（injection well）向地下深處注入。「這些二氧化碳要能永久性地留於地層當中，也就是不輕易逸散回地表生物圈，如此才能達到封存的目的。」成功大學資源工程學系教授謝秉志向我們解釋碳封存的基本原理。</p>
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<p>目前公認，可儲存二氧化碳的地質構造，包含深層鹽水層（saline aquifers）、涸竭型油氣層（depleted oil and gas reservoirs）以及不供開採的煤層（coal beds）等。</p>
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<div class="jsx-3968805167 relative overflow-hidden"><img decoding="async" class="jsx-3968805167" src="https://www.charmingscitech.nat.gov.tw/backend/wp-content/uploads/2025/03/9-1_670x460.jpg" /></p>
<div class="jsx-3968805167 absolute w-full left-0 bottom-0 p-4 text-white text-[13px]" style="background: rgba(0, 0, 0, 0.66); display: block; line-height: normal;">石油與煤層亦是封存二氧化碳的絕佳所在。</div>
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<p>鹽水層是充滿鹽水的地下多孔岩層，有著世界上最大的潛在二氧化碳儲存容量；由於儲存容量龐大，且密封和結構完整性俱佳，前景看好。</p>
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<p>石油和天然氣儲層，以及包括砂岩（sandstones）在內的碎屑岩地層（clastic formations），也顯示出透過地球化學捕存二氧化碳的潛力。這些地層已保存碳氫化合物數千年至數百萬年之久，顯見長期保存物質的效果極佳。「碳封存的核心設計精神，即是要完成『碳的循環』。地下的碳氫化合物，也就是化石燃料能源，當這些物質被移到地表後，人類透過燃燒取得光、電、熱以供生活所需，讓碳氫化合物轉換為碳氧化合物。」謝秉志教授從消耗化石燃料的角度，向我們說明這個選址方向的合理之處。「如果不想將二氧化碳排放到大氣層中，反而應該將碳氧化合物送回地底。對碳來說，這是完成一種『從地下來，回到地下去』的循環。」</p>
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<p>另一種受歡迎的選項和「玄武岩的形成」有關，因為二氧化碳可以和玄武岩當中的鎂和鈣產生「礦化作用」（mineralization），形成穩定的碳酸鹽礦物，進而長期「鎖」碳。</p>
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<strong><span style="font-size: 20px;">幫碳選「好屋」，要注意什麼？</span></strong></h2>
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碳封存選址首重安全性與有效性。「一般來說，碳封存工程關注的重點有三——地層是否具備良好的注入能力、封存量以及封阻性。」對應謝秉志教授提到的前兩項地層特質，即是所謂的滲透性與孔隙率；前者指的是流體容不容易流過岩石，後者則是岩石內部可容納流體的空間。作為一個合格的封存系統，需同時具有阻隔層（或稱蓋岩層，一種質地細緻的頁岩層，有極低的孔隙率及滲透率）以及儲存層（摸起來帶有粗糙感的砂岩層，有很好的孔隙率及滲透率）。「蓋岩層功能類似天花板，可以阻擋二氧化碳向上流動；儲存層有良好的孔隙率，可以提供二氧化碳足夠的儲存空間。」謝秉志教授如此形容。</p>
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<p>再來是所謂的封阻性，也就是儲存空間的穩定程度。「除了有良好的蓋岩層與儲存層搭配，也要調查是否有斷層存在於這一個系統中，因為那可能成為二氧化碳洩漏的通道。」謝秉志教授言下之意，這些選址的斷層活動要盡可能地少，亦需定期監測儲存場地中可能的結構損壞，以確保儲存層的完整性。另外，地質構造還需有像「背斜構造」這樣封閉性良好的地質構造，避免二氧化碳作側向遷移。</p>
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<p><span style="font-size: 20px;"><strong>你是一個好住戶嗎？地下二氧化碳的最佳長相</strong></span></p>
<p>深度上，也要盡可能考慮地底下 800 公尺左右的存放地點，確保所注入的二氧化碳能維持在超臨界狀態。二氧化碳為何要以超臨界流體的形式存在？由於這種流體像液體一樣緻密，卻具有氣體的黏度（viscosity）和流動能力，因此可做到儲存空間最小化。</p>
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<p>維持超臨界的狀態，對於碳封存的效率相當重要。為了確保二氧化碳在注入地質的過程中維持超臨界狀態，必須讓二氧化碳維持／超過它的臨界溫度（304.13 K，約 31 °C）和壓力（7.38 MPa，約 73 大氣壓）。當二氧化碳被加熱和壓縮到超過這些條件時，它會同時表現出氣體和液體的特性。「當地層內含有地層水時，地層就具有孔隙壓力，通常在地下 800 公尺處接近 80 大氣壓。同時，地層內每增加 100 公尺深就會增溫 3 度，所以當地表溫度是 20 度時，地下 800 公尺處可達 44 度。換言之，在這樣的深度下，環境壓力與溫度自然達到二氧化碳可形成超臨界的條件。」謝秉志教授向我們解釋地層深度、孔隙壓力與流體狀態間的微妙關係。</p>
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<p>相比於氣態或液態形式，超臨界二氧化碳 (sCO₂) 能更有效地溶解和運輸。由於 sCO2 能溶解並與地層流體混合，且混合後的流體能更有效地滲透、填充到地質構造的孔隙中，因此也能降低逸散風險。</p>
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<p><span style="font-size: 20px;"><strong>裝潢與配線篇：斷層、注井也要顧及</strong></span></p>
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就算成功找到適合注入二氧化碳的「好地方」，也要留意地層壓力平衡改變的風險，以及補注井的維持狀態，才能讓封存效果細水長流。</p>
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<p><span style="font-size: 20px;"><strong>斷層</strong></span></p>
<p>在斷層內，所增加的流體壓力會與保持斷層穩定的摩擦力相互抵銷，使得斷層更容易滑動，從而引發地震。要預測、減少這種風險，除了遠離已知斷層和地震活動頻繁的區域，還有幾種常見方法。</p>
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<p>最直接的就是持續監測注入點周圍的地震活動，倘若發現任何異常地震，就要及時採取行動，降低流體的注入速率或索性停工。另外，科學家也會定期監測補注井（injection wells）和周圍岩層的壓力變化，以確定壓力是否接近可能引發地震的臨界點。我們也可控制注入二氧化碳時的速率，藉以調整這些壓力的累積。</p>
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<p>臺灣位於地震活躍帶，因此更得在碳封存選址時充分考慮其可能造成的影響。我們必須針對候選的碳封存地點進行詳細的地質調查，以瞭解地質結構和地震活動的歷史，包含對斷層、地震帶與地質穩定性的評估。封存設施方面，也須採用抗震材料和相應的結構設計，以確保設施在地震發生時能保持穩定、安全的運作。為保萬一，最好隨時監測地震活動和封存設施的穩定性，減輕地震對封存設施帶來的可能破壞。</p>
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<p><span style="font-size: 20px;"><strong>補注井</strong></span></p>
<p>在做碳封存時，也需要評估現有補注井的狀態。</p>
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<div class="jsx-3968805167 relative overflow-hidden"><img decoding="async" class="jsx-3968805167" src="https://www.charmingscitech.nat.gov.tw/backend/wp-content/uploads/2025/03/9-2_670x460.jpg" /></p>
<div class="jsx-3968805167 absolute w-full left-0 bottom-0 p-4 text-white text-[13px]" style="background: rgba(0, 0, 0, 0.66); display: block; line-height: normal;">澳洲新南威爾斯州（New South Wales）一處二氧化碳封存區的鑽井機器。</div>
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<p>首先是以井下攝影機檢查井眼（wellbore conditions，為勘探和開採石油、天然氣、水等自然資源而鑽的孔）是否有任何損壞或腐蝕跡象，也要測試套管（​​casing，置於鑽井中以維持井口結構）是否能承受注入二氧化碳時的壓力。再來，相關專業人士要做所謂的水泥封固井測（cement bond log, CBL），測量管道和井孔間水泥黏結的完整性，以防止流體遷移（fluid migration）。</p>
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<p>由於二氧化碳具有很強的腐蝕性（尤其是和水或雜質混合時），因此需針對現有井材與二氧化碳注入的兼容性進行評估。科學家會透過專注於電解質熱力學建模與腐蝕分析的軟體與解決方案公司如 OLI Systems 等建模來模擬二氧化碳、地下水、井材之間的相互作用，以預測腐蝕速率。之後在井材的選擇上，盡可能選用腐蝕率維持在每年 0.100 毫米以下的材料，以確保井長期運作的完整性。</p>
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<p>在補注井完工後，也要針對零組件狀況、退化跡象等做定期檢查，以確保井在服役期間仍保持良好狀態。井下事故的風險控管，以及危險發生時的應急計畫也很重要，比方確定潛在的洩漏途徑、對二氧化碳外洩可能性與後果的評估等。</p>
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<p>碳封存計畫要成功，就得讓二氧化碳住得夠安穩，從孔隙率與滲透性等地質構造的評估，到斷層活動與補注井的長期監測與保養，每個環節都不容忽視。對處在地震活躍帶的臺灣來說，更需結合地質專業層層把關。</p>
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<p>距離 2050 年實現淨零碳排只剩不到 30 年，碳封存選址在科學探尋與技術創新上的進展，將是加速實現淨零最重要的基本功，有助於緩和氣候變遷帶來的種種環境問題。</p>
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<p>（客座總編輯｜東海大學化工與材料工程系 張嘉修講座教授兼副校長；研究顧問團隊｜成功大學資源工程學系謝秉志教授；責任編輯｜曹盛威、趙筱文）</p>
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