二氧化碳捕集及再利用技術簡介-劉雅瑄

劉雅瑄
2015-06-03發佈
3,254人瀏覽

講者介紹

國立台灣大學地質系劉雅瑄副教授,研究工作著重在新型固態吸附材料技術研究,以及評估其對二氧化碳的吸脫附特性。

顯示完整內容

影片介紹

希臘神話中的神普羅米修斯,是大地之母蓋亞的後代,代表著先見之明,當他看見人類受無火之苦,因而以身犯難,給了人了火的溫暖、光明,但有先見之明的普羅米修斯可能沒想到,火也帶來了溫室氣體。面對氣候變遷,我們既需要普羅米修斯的先見之明和勇氣,也需要以智慧解決溫室氣體的問題,現在,就有學者提出,何不把我們從地底釋放出的碳,埋回地底呢? 很多人會好奇,要怎麼把輕飄飄的二氧化碳捕捉下來,並且封存地底?台灣在碳封存的這一步,踏到哪個地步了呢? 許多人更想問的是;碳封存在台灣是安全的減量措施嗎? 劉教授將會為您娓娓道來。

顯示完整內容

文稿

所謂的地質工程、土壤,讓我們現在閉著眼睛想像,在地球剛生成之時是沒有氧氣的,當時可能有非常多不需要氧氣的生物一直存在宇宙中、在地球上。這些隱形的居民出現時(海洋裡的微生物),它照了光,行了光合作用,慢慢的出現了氧氣,可是氧氣在當時是毒氣的狀態,也就是現在所講的二氧化碳,因為遇到二氧化碳是無法呼吸的或許會因此窒息,而那時的微生物遇到了氧氣也是同樣的狀況,它們的酵素沒有辦法分解,遇到氧氣就會被毒死,所以如果要知道地球所有的歷史,是否一直不斷在重演的話,我們應該要去當浮游生物。

就這樣繼續被二氧化碳毒害?這是我們必須要很認真思考的問題。因此我們必須要非常廣大的智慧,才有辦法去面對這個問題,其實從早上到現在大家就一再告地訴我們,地球的二氧化碳的濃度已經非常高了。所有的專家學者都在預測,如果再不節制二氧化碳的排放量,到了2050年時二氧化碳的濃度可能飆高到550 ppm左右。如同我剛才所講的真的要像以前的浮游生物一樣,遇到危害自身的氣體後只能被趕到沒有氧氣的地底生活嗎?

[02:30]
現在我們的地球,其實整個燒了起來,等於是將之關在玻璃屋裡面,而溫度卻不斷上升。然而即便是現在世界上的大國,在以前非常不願意去簽屬京都議定書,不願意減碳,現在還是要被迫簽下合約,才能達到二氧化碳減量的目的。

因為現在會有碳稅的問題,每一根煙囪上面冒出來的排放物,不是只有氣體而已,那些全部都是錢。如果我們不再正視這個問題,世界上的各國都已經開始要制定碳稅的問題。可能許多人會想說沒關係,反正台灣就置身事外,可是臺灣一直以來都是以出口為導向的經濟體系,所以沒有辦法不去正視這個問題。

當其他的國家用二氧化碳的碳稅來侷限我們,或用經濟制裁的方式來警告我們的時候,此時就勢必要認真的去面對這個問題,如果我們不去達成這個目標,可能就要支付龐大的碳排放費用,或遭受到國際社會貿易制裁。現在俄羅斯可能就有如此明顯的狀況,或是台灣長久以來的經濟發展也即將受到限制。其實我的背景是環工出身的,可是教書的部分是地質,所以有時站在環境的角度看地質,或是站在地質的角度看環境都是非常有趣的。

[04:50]
我們可以來思考二氧化碳在整個生態裡面的cycle是可以被吸收,且行光合作用的。然後,這些植動物因為死亡被埋到地底下,經過地質作用之後,就變成我們現在所使用的石油、鑽石等之類的東西,這些石油又被挖出來,現在又排放了大量的二氧化碳進入了cycle裡面。

可是我們的人為排放太多了,產出的二氧化碳也過多,所以可能會被釋放到整個大氣裡面,所以地球科學也有不一樣的想法,就要想既然我們是把碳氫化物從地底下挖出來,燃燒使用後變二氧化碳,是否我們就直接將它埋回去就好了?因為埋回去就等於是減少了跑到大氣中二氧化碳的量,然後讓二氧化碳的cycle可以繼續運行。於是就想到了CCS系統,可以將二氧化碳的捕獲跟儲存。

CCS的技術包括捕獲、運輸還有封存這三項系統。通常會在一個CO2產量非常大的工業裡面,抓下來醇化後再利用運輸的方式,把它送到地底下去。我們又該如何將這些東西抓下來? 原則上是希望,可以找一個二氧化碳產量很多的工業,譬如說鋼鐵、中油、煉油業或是水泥業,因為這些煙囪出來的物質都是二氧化碳。

接著,大概有三種方法可以使用,一種叫做富氧燃燒:富氧燃燒原則上就是將燃料放進去之後,可能讓它充滿氧氣,通常在燃燒的過程裡面,並不會完全都是二氧化碳,可能有一些CO或氮氧化物之類的東西,所以這個環境裡面都是氧氣時,產出後就是比較純的二氧化碳,此時我們可以把二氧化碳醇化,或是裡面會產生一些氫氣、甲烷之類的東西,便可以拿來當能源使用。在燃燒後捕捉,是指燃燒之後,把產出的二氧化碳分離抓下來,而燃燒前捕捉是希望那些燃料,在燃燒之前就先把含碳的東西抓出來,防止其後續會有二氧化碳出現。

[07:30]
可是在這個系統裡會發現,CCS的支出成本裡,大部分約百分之八十左右都是在捕捉的部分,其他所講運輸的管線或是儲存,技術上都非常成熟,所以相對成本是比較低價的。另外我也在地質系研究出一些材料,希望可以把大量的二氧化碳抓下來。

再來看一下在世界各國,現在看到藍色,這邊的深藍色是capture就是捕捉,淺藍色的是運輸,白色的部分是storage是儲存,可以發現儲存、運輸都是在可以商業化的階段了。現在就是必須要努力的是在捕捉,將二氧化碳醇化抓下來後,又要怎麼將之埋到地底下呢?大部分剛剛都講過的,有一些大型的電廠、鋼鐵廠、化工廠,其二氧化碳排放量、濃度都非常高,所以我們可以把二氧化碳醇化、壓縮之後,讓它到地底下或是進行海洋的封存,因此就必須要有很好的地質條件,譬如說必須要有足夠的厚度,要有沉積岩,而且要把它圍起來,又不能有地震,

[10:00]
地質構造的移動要很小,而且要有適合的地層程序然後,還要有緩慢的固解原化作用等等,所以目前看到已經商業化或是正在進行的部分,大概都是已經開採的油氣田,因為它有一個很好的地質封閉構造,因為其實煤炭本身抓二氧化碳的能力是很強的,或是深部的鹽水層等,可是這會有很多的問題產生,譬如說埋在地底下之後,二氧化碳是否會突然全部跑出來,造成當地的居民窒息,或是埋在海洋封存了後,又全部跑出來就變成大型的汽水?

其實,應該是還好,在地質構造封閉的情況之下,大概有四種封閉的機制。首先,一定要找到岩盤很穩定的地方,如此就會形成構造封閉的效果,譬如說上面有一個非常穩固的蓋子,例如頁岩,就是孔隙很細小,氣體也不會跑出去,只要上面有一個蓋子,便可以把二氧化碳壓在地底下。

另外,還有像是殘餘封閉,何謂殘餘封閉? 係指土壤的顆粒跟顆粒之間,雖然顆粒跟顆粒之間非常緊密,但仍會有一些孔隙,這些孔隙很小且有一些毛細現象,可以把二氧化碳抓到孔洞裡面,讓它不會動,如果還是很擔心會跑出來的話,其實在地底下的顆粒跟顆粒中間含有水,而這些水非常容易把二氧化碳抓進來,讓它固定在孔洞之間,而且會溶解在水裡面,所以活動性就更低了。

[12:30]
其實,現在CCS打算要把它埋在八百到一千五百公尺以下的地底下,可以算是非常的深。在這麼深的地底下,它的壓力、溫度跟在地表的溫度壓力是不一樣的,就會有所謂的「礦化封閉」現象,譬如說,蛇紋石跟二氧化碳反應之後,在某一個溫度或壓力之下,就會轉變成橄欖石,也就是說在一個非常穩定的狀況之下,轉變成另外一種岩石礦物。

原則上,讓二氧化碳穩定安全的待在地底下,其實是非常簡單,因為到了那個溫度壓力就不得不穩定了,而且時間越久,會更加的穩定,因為需要一些時間,讓它進行化學的作用。接著,來看全世界的發展,其實原則上都是在比較先進、發展快速的國家,譬如歐洲。挪威在非常早的時候,就發展了一套CCS的系統,而且做得非常完備。

另外,我要稍提一下,美國以前為何一直不肯簽京都議定書去節能減碳的原因,因為一直找不到方法應對,可是,在美國的油頁岩非常多,頁岩裡面的油很多,而以前的技術非常的難去萃取出來,經濟成本非常高。剛才提到有碳稅的問題,現在是利用純的二氧化碳去加壓,灌到油頁岩中,因此黏滯度就會非常高,如果黏滯度變低、流動性變好,油價不就會降低了嗎?有很大的部分原因是因為這樣,美國的油頁岩油萃取的技術變好了,導致大家都不斷的在競爭油的價格。

[15:00]
怎麼說變好了?美國將二氧化碳灌進去裡面,便促使油的產量變多,既然能將油拿出來這表示什麼?這樣可以灌更多的二氧化碳,等於是兩邊皆有賺頭。所以在美國這邊已經有了非常多的試驗場。

反看我們亞洲,其實日本的經濟產業省跟環境省,也已經開始執行碳封存的計畫,他們也已經找到了碳封存預定地。在2020年之時,就打算要封存約五百萬噸的二氧化碳,總計要封存一億噸以上,是現在目前最大的規模,最大的CCS的project。回過來想想,台灣又該做什麼。現在看起來台灣勢必要去做這件事情,即使我們不做碳封存,也必須要把二氧化碳濃度降低,如果我們要去做這件事的話,我們又該準備什麼?現在回過來,以環境的觀點去看地質,我們要去思考CCS的系統跟環境影響評估,也必須要考慮到剛剛講的這三個部份,補給的設施就必須要去看,其操作期限裡面排放二氧化碳的量到底是多少?碳能源效率又是多少?廢熱的使用還有管末排放的技術、冷卻水的排放都是評估的重點;

在運輸的部分,要去想到最適當的路徑,畢竟管線的配置已經非常純熟了,還是要找適當、安全的路徑,而建設活動的時候必須要不去干擾到當地的生態跟居民。另外,還有土壤、噪音污染的問題,又管線如果突然故障了,在地質封存時,我們必須要想到儲存的完整性、穩定性。加上或許會土壤的破壞,或是震動、設備的安全、景觀、噪音的問題,這些都是必須要去做評估的。

有一本書上面寫說:「在未來耗盡之前,跨向永續世界的關鍵」。我們必須要很認真、審慎的考慮當前的問題,跨了這一步就要跨很遠,所以就是讓大家繼續看下去,非常謝謝大家。

[18:28]
主持人(鄭佾展):謝謝劉教授的介紹,剛才非常有趣講了普羅米修斯的故事,我跟大家稍微說一下故事。在希臘的神話裡面,普羅米修斯是一個神祉,祂跟智慧女神一起創造了人類,同時間因為人類生活很困苦,祂就從天神宙斯那裡偷了火,帶給人類,讓人類的生活變得比較好。普羅米修斯某種程度上為人類創造了福祉,所以我們想說地球工程的角色,是不是也像普羅米修斯一樣?

其實,這個故事還有後續,偷了火後普羅米修斯激怒了宙斯天神,所以宙斯給了祂一個厄運,也就是大家常常聽到的潘朵拉寶盒,帶來了災禍跟不好的隱憂。我想要請教劉教授的是,地球工程或是CCS的部份,正反兩面的觀點,您可不可以再稍微補充一下?再來就是台灣,有沒有一些適合的案例可以跟我們介紹?謝謝。

[20:00]
劉雅瑄:普羅米修斯不是拿了火嗎?拿了火之後,祂就製造了二氧化碳,所以潘朵拉的盒子已經打開了,我們現在要把它塞回去。原則上,在台灣的中油、中鋼、台電一直以來都非常的想要做,在台西或是在桃竹這邊或濱海,他們都一直在尋找良好的地點,台灣也是有不錯適當的地點的,可是一直都沒有進行儲存的工作,有一個很大的原因就是,我們的環評還沒有做好;第二個原因就是大家有疑慮,怕說我們把它塞進去地底下了。會不會製造另外一個地震?或是說,塞進去以後,過與不及都是不好的。塞太多之後會不會影響到裡面的土壤生態?因為其實只要抓一把泥土起來,裡面有非常多我們根本不認識的生物,會不會因為二氧化碳的關係,導致他們更活躍或是死亡都是不一定的,這些評估都是還沒有真正開始,原則上台灣現在是還沒跨出去的,謝謝。

顯示完整內容

相關節目

目前暫無訊息...