寒波｜ 科技大觀園特約編輯


為了減少人類對環境的影響，二氧化碳捕捉、封存、再利用技術（Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS）應運而生。圖片來源：3rdtimeluckystudio／Shutterstock.com

人類使用的能源與資源，許多都與碳息息相關，例如火力發電、鋼鐵、水泥與石化產業都會產生二氧化碳。如果想要減少人類對環境的影響，降低二氧化碳的人為排放是重要方向，不過應運而生的「碳封存」（carbon storage）技術，是否適合臺灣呢？
 
從開採石油的工法，到淨零碳排放的一環
 
簡單來說，碳封存就是完成碳的循環，讓原先從地下產出的碳（碳氫化合物，例如石油或天然氣），透過工程方法讓碳（二氧化碳）再回到地層深處。重回地底的碳，會由於各種因素變成不具移動性，甚至是完全固定；當所封存的碳轉變為不再移動，就不會對地表生態圈造成影響。

任職於國立成功大學資源工程學系的謝秉志教授，專精於石油工程及碳封存領域。他解釋，碳封存其實並非新科技，石油工程業早在 1970 年代便將二氧化碳注入地底的油田，輔助開採石油。

碳封存的角色歷來經過明顯變化。最初應用於石油工業開採石油，後來在減碳的浪潮下，成為減少人為碳排的減碳工程之一。隨著全世界設立「淨零排放」的長期目標，又成為淨零整體考量中的一環。

謝秉志教授指出，碳封存的目的不是為化石燃料產業續命，而是在能源轉型的過程中，扮演過渡期間的減碳工具，想認識碳封存的意義，必須更全面思考整個產業流程。

以目前排碳壓力最大的發電業為例，要減少碳排放，首先是要最大化使用再生能源，以降低火力發電所佔比例。在邁向 100％ 再生能源電力的過渡期間，可以用排碳較低的天然氣取代煤炭，進行降碳，燃料的轉換能大幅降低排碳量。而在能源轉型的過渡期間，如果仍要達成碳中和，最後再思考從排碳的源頭下手，實施「碳捕捉」（carbon capture），減少人為排放的二氧化碳向大氣釋放，並透過碳的再利用（utilization）以及封存，讓火力發電廠變成碳中和設施，達成去碳電力的終極目標。

碳封存的定位及效果，該投入多少資源，都要和其他因素一起考量。謝秉志教授舉例，如果臺灣百分之百電力以綠能發電，不使用火力發電之下，就不會用到碳封存（可視為火力發電的一種去碳環保設施）。從另一個角度來看，碳封存是能源轉型的過渡期間，一項協助碳中和的措施。
 
將二氧化碳送進地底，再由大自然後續工作
 
碳封存身為產業減碳鏈的最後一步，臺灣適合發展嗎？臺灣本土的石油、天然氣蘊藏量雖然很有限，不過謝秉志教授表示，臺灣的地質條件其實非常適合碳封存，特別是臺灣西部海域的臺西盆地。

一般人想到的二氧化碳，或許是一種看不見的氣體、溶解在汽水中的氣泡，或是固態的乾冰。要將二氧化碳進行封存，難道是先變成乾冰再埋起來嗎？事實上包含二氧化碳在內，大自然的物質都會受到壓力、溫度，以及周遭環境的影響。人類可以利用自然法則，引導二氧化碳到合適的地下空間，再由大自然完成後續工作。

對二氧化碳施加壓力，推向地底幾公里深處，就像是頭上累積愈來愈多重量，二氧化碳很自然的會面臨愈來愈高的溫度與壓力，在地下深度 800 公尺以下會開始形成「超臨界」狀態。其密度類似液體，謝秉志教授形容可以想像是一種很輕的油；但是其移動能力又類似氣體，能夠穿過孔隙，充滿地下的孔隙空間。

假如地底有一層地層（通常是砂岩層），適合超臨界二氧化碳存放，上面的地質條件（通常是頁岩層）又能很有效的阻止二氧化碳穿透回到地表，便會是理想的碳封存空間。

另外，地底所封存的二氧化碳不會永遠都是流動的超臨界狀態，它會與地層中原始的地層水以及地層岩石中的礦物起化學反應。二氧化碳會溶解、離子化、並跟地層岩石礦物作用後變成碳酸鹽類礦物，例如碳酸鈣，也就是常見的石灰石。一旦二氧化碳轉化為石灰石，便形成穩定的固體，不會再回到地表與大氣中。


碳封存的基本概念：碳從地下來，讓碳回到地下。二氧化碳是一種資源，可以捕捉後再利用。若需要捕捉的量很多，可以存回去地下，達成資源循環。資料來源：CO2CRC（謝秉志教授提供）

謹慎操作，確保安全無虞
 
臺灣的西部適合碳封存，為什麼東部不適合？謝秉志教授解釋，臺灣東部以變質岩為主，例如民眾熟悉的建材大理岩，質地緻密，假如沒有裂隙，原狀根本不會有孔隙，而孔隙空間是讓二氧化碳封存的空間。西部的地質截然不同，常見充斥孔隙的沉積岩，二氧化碳容易注入，也有很大的空間可以封存。
除此之外，臺灣多數排碳源頭，發電廠、工廠與工業設施多半位於西部，距離碳封存場地近，不用運輸太遠。

把大量二氧化碳送進地底安全嗎？有什麼注意事項？謝秉志教授說明，臺灣的地下地層廣度很大，孔隙空間豐富，所封存的二氧化碳只會佔整體可利用空間的幾個百分比，因此不會累積太高的壓力。

誘發地震的風險方面，透過良好的工程管理也可以避免。事實上在國際間，並沒有因為碳封存而誘發地震的傷害案例。良好的工程管理是在操作上，一個封存地層中的同一個井內，不要一次注入太多二氧化碳，而是選擇有一定距離的多處地點，各自有限量的注入。

另外，碳封存最重要的是不能影響地下水（可飲用水）資源。地下水的深度最多在四、五百公尺以內，碳封存則是將二氧化碳送到數公里深處，兩者之間有很多頁岩層阻擋，所以不會有接觸的機會。

其實幾公里深的地層裡，也有原生的地層水存在，但是不同於地下水是可供飲用、灌溉的淡水，它們是類似海水的鹽水。深入地底的二氧化碳，很多都會溶於地層中的鹽水。碳封存運作時，切莫不可擾亂兩者！
 
臺灣西部海域是碳封存潛力位址
 
臺灣土地面積有限，人口眾多。謝秉志教授認為，比起目前的陸域，在臺灣西部海域進行碳封存的潛力更高。在陸域實施碳封存，也許地表操作場域的鄰近居民會感到壓力，較為擔心。海域相對來說，影響居民的程度少很多。

臺灣西部數公里深處的沉積岩地質，從陸地到海洋是延續的；所謂「海域」其實和海水無關，而是將二氧化碳送往海床之下幾公里深的地層中存放。由於地層傾斜的自然因素，在臺灣近海海域進行碳封存操作，二氧化碳會緩緩自行向西移動，遠離臺灣陸域的民眾。

除了傳統的作法，近來碳封存又有許多新的嘗試方向。例如直接從空氣捕捉後再進行碳封存，這樣可以達成負碳（carbon negative）的目的；或是結合生質能的使用，形成另一類生質能負碳科技。「負碳」的概念是直接減少大氣中的二氧化碳濃度。然而，這些嘗試的效果，也還有待時間驗證。

謝秉志教授強調，碳封存有工程、經濟、社會等不同面向的考量，目前在工程面相對成熟，能不能讓這項減碳科技有直接的效果，還是需要提高經濟面的誘因，更重要的是讓民眾更清楚其中意義，也不要產生誤會。若經濟補助效益不強，社會大眾也多有疑慮，碳封存仍然難有蓬勃發展的機會。
 
資料來源

1. 【週日閱讀科學大師】乾淨的煤？淺談「碳封存」在淨煤科技中的角色與重要性
2. 碳捕捉、利用與封存技術
3. 石化產業減碳路徑（一）：碳捕捉與封存（Carbon Capture and Storage）
4. To combat climate change, companies bury plant waste at sea
5. Startups aim to curb climate change by pulling carbon dioxide from the ocean—not the air

本文轉載自科技大觀園，連結如下：https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/C000003/detail?ID=3c760d03-0d2b-41f9-8cc8-178b482133c8