隨著極端氣候、氣候異常等氣候緊急事件越發頻繁，聯合國秘書長古特瑞斯(Antonio Guterres)於2020 年的「氣候雄心峰會」（Climate Ambition Summit）上呼籲各國應宣布<span data-component="tippy" data-content="氣候緊急宣言（Climate emergency declarations）是由各地政府與科學家所發起的行動，宣告著人類已進入「氣候緊急狀態（Climate Emergency）」，必須立即採取遏止氣候變化的行動，避免發生不可逆或潛在的環境破壞。澳洲的德爾賓市(Darebin)於2016年12月首次發起，截至2022年5月，已有38個國家共2,099個地方政府一同響。臺灣5個縣市，分別為：新北市、臺東縣、臺中市、臺南市、彰化市，也紛紛簽署響應。">「氣候緊急狀態」（Climate Emergency），並表示2015年所簽訂的《巴黎協定》承諾氣溫較工業革命時期升幅控制在攝氏1.5度內的行動已遠遠不夠，應加緊腳步，實現碳中和目標。世界各國陸續提出「2050淨零排放」的宣示與行動，臺灣也在2021年4月22日世界地球日宣示「2050淨零轉型」的目標，並於2022年3月公布「臺灣2050淨零排放路徑及策略總說明」，提供臺灣實現2050年淨零碳排的行動路徑。
&nbsp;
自工業革命起，機器取代人力，對於能源需求也不斷增加，尤以燃燒煤、石油等化石燃料所產生的溫室氣體，造成嚴重的全球暖化問題，降低二氧化碳排放量已是全人類的共識。2021年3月3日由聯合國歐洲經濟委員會（UNECE）發布的〈技術簡介: 碳捕捉、利用與封存〉（Technology Brief- Carbon Capture, Use and Storage〉報告中明確指出，「大規模使用碳捕捉等技術，是能源及工業產業刻不容緩的行動。」因此，碳捕捉與封存（Carbon Capture and Storage, CCS）或是加入「應用」（Carbon Capture Utilization and Storage, CCUS）的技術，對於減碳需求有顯著的重要性。
&nbsp;
&nbsp;
<h2>抓住煙囪裡的二氧化碳</h2>
目前臺灣針對石化工業使用碳捕捉技術，如水泥、鋼鐵等製造工業，直接從點源汙染（Point Source Pollution），於CO2抵達大氣環境前，在煙道管進行捕獲，大致可透過物理方式或化學吸收法獲取，如國立成功大學化工系特聘教授陳志勇帶領團隊開發出高化學安定性且低耗能，具商業競爭力的「羧酸鹽類CO2捕獲劑」，能達成約90％的捕獲率；而工業技術研究院與台泥公司所共同開發的鈣迴路碳捕獲技術，以天然的石灰石（CaCO3）做為吸附劑，不僅原料來自水泥廠，捕獲率亦可達85％至90％。未來捕獲的二氧化碳，將選擇合適地點進行封存或進入碳循環再利用。
[data-component=gallery]
&nbsp;
&nbsp;
<h2>臺灣碳封存的機會與潛力</h2>
碳封存的技術，大致分為陸上封閉構造、濱海開放鹽水層、海域開放鹽水層及海域封閉構造等4種模式，均利用地下具有高孔隙的密閉岩層來儲存二氧化碳。世界各地早已有商轉實例，多半利用陸上封閉構造，使用在油（氣）田增產，將二氧化碳灌注於即將枯竭的儲油氣地層，以增加油氣產量。技術與市場穩定的情況下，影響碳封存是否成功最關鍵的因素在於「選址」，哪裡才是合適的封存場址？國立中央大學地球科學系林殿順教授給了幾個必須考量的關鍵要素。
 
封存場要盡量設立靠近排碳源，且避開斷層、活動構造少、人口稠密區、以及其他天然資源可利用等地區。再來，確認封存岩層的深度，最適當的封存深度約800至3,000公尺，當深度到達800公尺左右，地層內的溫度與壓力，使得二氧化碳的密度變高且兼具氣態與液態的性質，成為「超臨界狀態」，由於體積縮小、密度變大，在一定的封存空間中，可封存更多的二氧化碳；第三，則是評估灌注的容量有多少，如儲集層的厚度、孔隙率、滲透率等；其四，要確認儲存層上方是否有足夠厚的頁岩層作為蓋層，以防止二氧化碳向上洩漏。最後，場址的地表也需有足夠的空間，能建立完善的環境監測系統，進行長期的封存安全監測工作。
&nbsp;
「臺灣進行碳封存的第一個首選就是濱海的開放性鹽水層」林殿順教授表示，臺灣主要的排碳源多半位於西部濱海地區，且西部濱海的開放性鹽水層具有8公里厚的沉積岩層，有著高孔隙的砂岩與頁岩交替出現，形成良好的儲存層與蓋層。經評估，約可封存459億公噸的二氧化碳，十分具有封存潛力；此外，在陸域構造封存的潛能也有約28億噸的封存量。
&nbsp;
封存於地層裡的二氧化碳，在長期監測與評估的工作也十分重要。工研院綠能與環境研究所廖啟雯副組長說明，工研院現階段以發展光纖監測為主，可設置在深井裡或以迴圈的方式布建。藉由光纖長度長、偵測範圍廣，可進行多項目的感測數據收集等各項優點，深具發展潛力，也是目前國際上發展方向。
&nbsp;
&nbsp;
<h2>從CCS到CCUS，實現綠色循環</h2>
要達到碳中和的目標，碳封存技術雖是實現2050年淨零碳排的關鍵手段，但仍需要經過試驗、示範等階段方能落實，因此短期內碳捕捉後的再利用成為各界努力的方向。工研院與台泥公司合作之「鈣迴路碳捕獲技術」，是利用碳酸鈣與氧化鈣反覆循環的過程來捕碳。含有二氧化碳的煙道氣體進入碳酸化爐後，會與氧化鈣進行反應產生碳酸鈣；再將碳酸鈣導入煅燒爐，以高溫分解出氧化鈣與高濃度的二氧化碳氣體。獲取的二氧化碳除了養殖高經濟價值的微藻，或轉為高值化的輕質碳酸鈣，國內市場也有相關需求，如乾冰、清洗等用途，或純化後銷售給電子業使用。
&nbsp;
廖啟雯副組長坦言，在研發過程中也碰觸許多難題，讓系統真正落地的關鍵在於工程設計及運轉優化，以提高系統穩定性及降低成本。鈣迴路系統目前已完成優化評估，短期內將以精簡系統為目標，推動以鈣迴路系統中已成熟的純氧煅燒技術，先解決水泥製程中60％至70％的二氧化碳，減低系統複雜度，提高未來系統放大的可能。此外，他也提醒針對不同產業，即便使用同一種捕碳技術，都還需要進行重新評估及調整。
&nbsp;
除了與台泥合作以外，工研院材料與化工研究所近期也協助中鋼、中油等國營企業，啟動「鋼化聯產」計畫，針對中鋼在生產過程中產生的副產燃氣，如高爐氣與轉爐氣等，提取一氧化碳與二氧化碳，提供給中油等石化工廠，生產出甲醇、甲烷等化學品。雖目前仍處實驗室及先導工廠試驗階段，但期望未來能達到減碳外，更能創造循環經濟的效益。
&nbsp;
&nbsp;
<h2>經濟發展與淨零碳排同行</h2>
為臺灣淨零碳排努力的道路上，無獨有偶。2021年9月啟用國內首座負碳排示範先導工廠，是陳志勇教授主持帶領團隊，由科技部價創計畫補助建置。研發出「羧酸鹽類CO2捕獲劑」、「高性能產氫兩性膜」以及「CO2／CO氫化觸媒」等三大關鍵核心技術。以低溫、低耗能的關鍵觸媒，將CO2捕捉後轉化成甲烷，並產生20％的乙、丙烷（未經脫氫的石化原料）等負碳排產品，打造完整的CCUS系統，達到「零碳排的燃氣發電」及生產「綠色固碳材料」循環運用。陳志勇教授表示，這套系統擺脫實驗室的框架，以公斤級的規格來設計，因此未來產業界能更容易進行技術、系統的轉移。
&nbsp;
「國家經濟發展需要有煙囪」陳志勇教授點出經濟發展與環境永續矛盾的地方。因此，他提出應將碳封存概念以「碳匯」（carbon sink）的方式釋之，並分為「自然碳匯」以及「人工碳匯」兩大類來討論。
&nbsp;
「自然碳匯」指得是以植被為主，不論是自然界的森林，或以人工植林、發展農業，都有助於自然的碳封存；「人工碳匯」主要目標在於解決石化工業產生的二氧化碳。以示範先導工廠為例，將其視為「人工碳匯」，借用植物行光合作用的概念，發展出「人工光合作用」模型。透過太陽光、風電等綠能電解水，產生氫氣，過程稱之「電轉氣（Power to Gas）」，有如植物吸收太陽光與水進行反應。關鍵觸媒則可視為如葉綠素一般的催化劑，將煙道管中捕獲的二氧化碳與氫氣結合，生成甲烷，如同植物產生碳水化合物。經過一連串「人工光合作用」得到的甲烷，可作為綠色能源使用，形成「氣轉電」（Gas to Power）的綠色循環。生成甲烷過程中，副產出20％的乙、丙烷作為如同木材一般的綠色固碳材料。藉由「人工碳匯」增加碳匯，也創造更多循環再利用的經濟效益。
&nbsp;
陳志勇教授也大膽指出，另一條綠色經濟道路。「綠氫」是近年各國重視的綠能產業，澳洲、南美洲、非洲等各國紛紛喊出成為綠氫出口國。然而氫氣是十分不穩定的元素，需使用二氧化碳作為安定劑，生成相對較穩定的甲烷，因此，他提出「二氧化碳貿易」的想法。以「廢棄物處理」模式，販售高濃度且液化的二氧化碳，提供氫氣出口大國作為安定劑使用，如此一來不僅大規模減碳，降低安全出口氫氣的成本，達到雙贏局面，開拓一條綠色的海上絲路。
&nbsp;
碳捕捉封存（CCS）雖有機會實現CO2與大氣長期隔絕的效益，然因無法產生經濟效益，且具有不可預知的後果，此種做法在國際上已是過時觀念。現今，世界各國均大力發展CCUS，藉由人工碳捕捉方式將煙囪或大氣中二氧化碳捕捉下來，不僅可應用於養藻、溫室培養、水泥等，更進一步以CO2為碳源取代原油提煉發展一系列石化基礎原料，加工後可製成各種日常用品（例如衣服、鞋子、車子、手機等）進行固碳，形成人工碳匯。藉由CCUS將CO2作為料源成為產業新動能，不僅成為邁向淨零的關鍵技術，也體現了循環經濟，顛覆傳統以原油裂解製程的石化產業，創造出全新綠色產業鏈與經濟模式。
<a href="#_ftnref2" name="_ftn2"></a>
&nbsp;
&nbsp;
&nbsp;
（客座總編輯｜中研院環境變遷研究中心特聘研究員 許晃雄教授；研究顧問團隊｜國家災害防救科技中心 陳永明組長、國立臺灣大學國家發展研究所 周桂田教授、國泰金控 程淑芬投資長、行政院能源及減碳辦公室 林子倫教授；責任編輯｜梁孟娟、趙守予）

台灣二氧化碳封存模式 （圖片來源：林殿順，「台灣二氧化碳地質封存潛能及安全性」，經濟前瞻雜誌，2010。）

陳志勇教授提出的植物自然光合作用與人工光合作用對照圖。

「國家經濟發展需要有煙囪」陳志勇教授點出經濟發展與環境永續矛盾的地方。