壹、前言
氣候變遷目前已是全球最迫切需解決的挑戰之一，並且為了有效限制氣溫的上升，而展開減少溫室氣體排放的措施。為了凝聚各國針對全球暖化議題的共識，聯合國設立之「政府間氣候變化綱要公約談判委員會」歷經多次商議後，於1992年通過聯合國氣候變化綱要公約(The United Nations Framework Convention on Climate Change，以下簡稱UNFCCC)，並在巴西里約熱內盧地球高峰會開放簽署。此公約目標在於降低大氣中溫室氣體濃度，防止氣候系統受到危險人為干擾，使生態圈適應氣候變遷，並確保糧食生產免受影響，同時促進經濟永續發展。截至目前，共有197個國家成為締約國。為了能夠有效落實此氣候變化綱要公約，UNFCCC每年將召開聯合國氣候變遷會議(Conference of Parties，以下簡稱COP)，與各國共同研議全球氣候變化之相關議題[1]。
2021年，在英國蘇格蘭格拉斯哥舉辦的第26屆聯合國氣候變遷會議(26th Conference of the Parties, COP26)，主要重申《巴黎協定》(Paris Agreement)將全球平均溫度上升幅度控制在1.5°C內之目標，並呼籲各國為了達到此一目標，需要所有國家提出更有利的國家自主貢獻(Nationally Determined Contributions，以下簡稱NDCs)，方能在10年間降低45%的二氧化碳排放量，於2050年有效達到淨零。而在此一會議亦有達成淘汰化石燃料之共識，要求各國逐步減少煤電以及低效化石燃料的補貼[2]。為了達成上述所提及之目標，各國投入多項淨零關鍵技術，其中包括碳捕捉、利用與封存(Carbon Capture, Utilization and Storage，以下簡稱CCUS)，在COP26期間，舉辦多場CCUS相關活動，說明包括政策、商業、社會與技術等內容，使參與者認識到CCUS技術與其協助達成氣候目標之重要性[3]。同時，美國與中國則發表《中美應對氣候危機聯合聲明》(Joint Statement Addressing the Climate Crisis)，將針對CCUS以及直接空氣捕捉(Direct Air Capture，以下簡稱DAC)等技術部署與應用進行合作[4]。
在2022年COP27的重點決議中，針對減碳手段亦強調各國須要持續減少溫室氣體的排放，並增加使用低碳排能源與再生能源，降低使用煤電與效率較低的燃料，以加速能源轉型。而低碳能源雖無明確定義，但可係指再生能源或加裝碳捕捉的燃煤電廠或天然氣電廠[5]。
之後，在2023年的COP28各國更展示堅定的減碳決心。在此大會中一致通過擺脫化石燃料的決議文件，近200個國家承諾「進行能源系統轉型、脫離化石燃料(Transitioning away from fossil fuels in energy systems)，並以公正、有序且公平的方式，以科學為基礎，在關鍵的未來10年加速行動，以利在2050年實現淨零排放。」，也承諾淘汰無效率的化石燃料補貼[6]。另外，亦呼籲各國為了達到擺脫化石燃料以及2030年將全球再生能源產能增加兩倍之目標，需減少煤炭使用之力度，並加快CCUS等技術的發展，以協助難以減碳的行業[7]。
在面對全球減碳趨勢下，我國國家發展委員會於2022年針對2050年淨零碳排之目標，提出「十二項關鍵戰略」，並將CCUS納入關鍵戰略中，主要將協助電力業與工業等高碳排產業進行減碳[8]。有鑑於此，本文將介紹在2050年淨零碳排的趨勢下，全球電廠加裝CCUS之發展趨勢，再以引述臺灣的規劃與現況，進而說明臺灣能源轉型的過渡期優先靠CCUS進行減碳之必要性。
貳、國際淨零減碳趨勢
近年全球暖化加劇，各國政府開始重視氣候變遷議題，紛紛提出其減碳目標與一系列政策或法案，以加強其國內減碳效益，同時致力於能源轉型與淨零碳排措施。綜觀國際淨零減碳趨勢，歐洲及美國為主要積極推動減碳措施的國家，其減碳作為舉例如下：
(一)歐洲
歐盟執行委員會(European Commission)於2023年提出《綠色新政產業計畫》(Green Deal Industrial Plan)，來鞏固與提升歐洲淨零產業競爭力，並支持氣候中和(Climate Neutrality)轉型，旨在為歐盟擴大淨零排放技術與產品之製造能力提供更有利環境。因此，在同年亦提出《淨零產業法》(Net-Zero Industry Act)以確保淨零產業之產能目標，並提供有利其快速布署之監管框架、確實簡化與快速審核通過，以及促進歐洲對達成歐盟氣候中和目標之關鍵技術與產品投資，並制定標準以支持整體歐盟單一市場之技術升級，構築一個可負擔、可靠且永續的清潔能源系統，加速氣候中和(Climate Neutrality)與綠色轉型。
該法案主要推動的技術包括：(1)太陽光電與太陽熱能；(2)陸上與海上再生能源；(3)電池/儲能技術；(4)熱泵與地熱；(5)電解槽與燃料電池；(6)永續沼氣與生物甲烷；(7)二氧化碳捕捉與封存(Carbon Capture and Storage，以下簡稱CCS)以及(8)電網技術。
此法案之目標在於2030年前，歐盟相關技術之製造產能，必須達到歐盟整體能源裝置年度需求量40%以上。其中為了促進與實現CCS計畫，並增加碳封存地點之可用性，也設定到2030年封存量須達到每年5,000萬噸之目標[9]。
(二)美國
美國總統拜登於2021年簽屬一項行政命令，投資美國清潔能源產業與製造業，以減少聯邦政府業務的相關排放，並創造乾淨且健康的社區。主要包括五大目標：(1)2030年實現100%無碳電力(Carbon Pollution-Free Electricity)，其中至少一半將是當地供應的清潔能源，以滿足全天候24小時7天之需求，並於2035年實現無碳汙染的電力部門；(2)到2035年實現100%零排放汽車(Zero-Emission Vehicle)的採購；(3)到2045年實現淨零排放建築；(4)到2050年實現聯邦採購的淨零排放；以及(5)到2050年實現聯邦整體營運的淨零排放，包括到2030年實現65%的減排[10]。
為了確保2035年實現無碳汙染的電力部門，2023年拜登於「主要經濟體能源與氣候論壇」(Major Economies Forum on Energy and Climate, MEF)提出能源去碳措施，並設定2030年零排放汽車及國際航運去碳目標[11]，主要將減少電力與運輸業的排放，以及擴大清潔能源規模。
為因應上述之措施，美國國家環境保護署(United States Environmental Protection Agency, EPA)於同年(2023年)針對燃煤與天然氣發電廠提出新的碳污染標準，旨在減少有害空氣汙染，並保護民眾健康。燃煤與天然氣發電廠將透過加裝CCS、混氫燃燒以及採用高效能發電技術等進行減碳，同時滿足不斷增長的清潔能源需求[12]。
另外，在再生能源擴大布署後，燃煤與天然氣發電廠將不再做為基本負載發電，而是做為調峰使用，以平衡再生能源的不穩定性[13]。
一、淨零過渡期之碳捕捉、利用與封存協助電力部門淨零轉型
現今電力需求不斷增長，全球電力業必須大幅降低碳排放，方能實現與能源相關的永續發展以及《巴黎協定》之目標。
國際能源總署(International Energy Agency，以下簡稱IEA)於2020年提出之《CCUS在低碳電力系統中的角色》[14](The role of CCUS in low-carbon power systems)技術報告指出，CCUS技術一直被認為是支持全球電力系統轉型所需的最低成本技術，其對電力系統轉型具有三大貢獻：
- 解決現有工廠排放問題：短中長期，透過碳捕捉技術解決化石燃料發電廠的排放問題，並降低電力系統改造的成本。化石燃料電廠加裝CCUS在亞洲地區尤其重要，主因在於亞洲的化石燃料電廠仍較年輕，透過CCUS使電廠能夠持續運作，增加應用的靈活性，使業者的投資得以回收。
- 穩定電力：CCUS技術能夠協助電網實現電力安全目標。目前許多地區的電力仰賴變動性高之再生能源，因此對於電網穩定之需求亦同時增加，而配備CCUS的發電廠能夠有效提供穩定電力，促進電網平衡。
- 實現負排放：CCUS技術能夠與生質能進行整合，實現生質能發電的負排放，更透過所產生的碳權，抵銷其他難以減排部門的殘餘排放，從而降低能源部門去碳的成本。
在IEA的永續發展情境(Sustainable Development Scenario)中，為了實現全球能源系統之轉型，電廠加裝CCUS技術所提供的可調度低碳能源，將發揮重要作用。到2040年，裝置CCUS的電廠發電容量將達到315百萬瓩(GW)，相當於未來20年，每年平均增加15百萬瓩(GW)的CCUS能力，包括現有電廠的改造與新建設施。同時如圖1所示，到2030年，配備CCUS的發電廠將產生470百萬兆瓦時(TWh)的電力，其中燃煤為246百萬兆瓦時(TWh)，天然氣為220百萬兆瓦時(TWh)，共占全球發電量的1.5%。而到2040年，將上升至1,900百萬兆瓦時(TWh)的電力，其中燃煤為994百萬兆瓦時(TWh)，天然氣為915百萬兆瓦時(TWh)，共占全球發電量的5%。
圖1 IEA永續發展情境之CCUS發電量
資料來源：IEA (2020), The role of CCUS in low-carbon power systems. https://www.iea.org/reports/the-role-of-ccus-in-low-carbon-power-systems/how-carbon-capture-technologies-support-the-power-transition
參、碳捕捉、利用與封存發展現況
CCUS技術目前已是各國推動淨零政策的減碳措施之一，全球碳捕捉與封存研究所(Global CCS Institute，以下簡稱GCCSI)在其例行報告《2023全球CCS概況(Global Status of CCS 2023)》中指出，從2017年開始，全球的CCS設施捕捉容量便呈現穩定的上升趨勢[15]，如圖2所示。
圖2 全球CCS案場發展趨勢
資料來源：GCCSI (2023), Global Status of CCS 2023. https://www.globalccsinstitute.com/resources/publications-reports-research/global-status-of-ccs-2023-executive-summary/
同時根據GCCSI統計，截至2023年，全球CCS計畫已達到392個，如圖3所示，其中營運中有41個、興建中26個、設計中121個以及規劃中204個，總捕捉量將可達361百萬噸(Mtpa)。同時與2022年的194個CCS計畫數量進行比較，亦有顯著的上升。
圖3 全球CCS案場數與總捕捉量
資料來源：GCCSI (2023), Global Status of CCS 2023. https://www.globalccsinstitute.com/resources/publications-reports-research/global-status-of-ccs-2023-executive-summary/
在GCCSI《2022全球CCS概況》報告中亦指出，美國為主要積極推動CCS計畫的國家，在2022年的194個案場中，81個源自於美國，領先全球，其中亦有34個係2021年後新增。而其他主要推動CCS的國家包括：加拿大、英國、挪威、澳洲、荷蘭以及冰島等。
雖然全球已開始重視CCS技術，但目前營運中的案例，主要仍以提高原油採收率(Enhanced Oil Recovery，以下簡稱EOR)為主，較少進行地質封存。EOR雖然能有效提高收益，但亦容易受全球石油價格影響，同時較無顯著的減碳效益。因此，為了有效達到淨零目標，未來各國推動的CCS計畫主要皆進行地質封存，且主要投入的產業包括：天然氣處理、化工、煉油、肥料、發電、鋼鐵、水泥、氫氣以及合成氣等高碳排產業。另外，在發電廠加裝CCS的案例方面，目前營運中的僅有2個，但處於興建、設計與規劃階段之案例已增加至35個，顯示此為未來的發展趨勢之一。
此外，為了有效推動CCS計畫布署與發展，必須依靠成熟之碳捕捉與封存技術。根據GCCSI於2021年提出的《CCS技術準備和成本》(Technology Readiness And Costs of CCS)報告中，便已有盤點目前碳捕捉技術，包括：液態溶劑(Liquid Solvent)、固體吸附劑(Solid Adsorbent)、薄膜(Membrane)、固態迴路(Solid-looping)以及固有CO2捕捉(Inherent CO2 Capture)之發展以及技術成熟度(Technology Readiness Level，以下簡稱TRL)。其中以液態溶劑、固體吸附劑以及薄膜技術之TRL較高，並運用於實際案例中，以下將詳細說明[16]。
(一)液態溶劑
- 胺類溶劑(Traditional Amine Solvents)：TRL 9，主要廣泛應用於化肥、純鹼、天然氣加工廠等產業。而運用此技術之相關CCUS計畫包括挪威Sleipner與Snøhvit的碳封存計畫，以及加拿大的Boundary Dam示範計畫。
- 物理吸收劑(Physical solvent (Selexol、Rectisol))：TRL 9，主要廣泛應用於天然氣加工、煤氣化廠等產業。而運用此技術之相關CCUS計畫包括美國的Val Verde、Shute Creek、Century Plant、Coffeyville等計畫。上述之計畫皆將捕捉之二氧化碳用於EOR。
- 改良碳酸鉀法(Benfield process and variants)：TRL 9，主要應用於化肥廠，而運用此技術之相關CCUS計畫，例如：美國Enid Fertilizer之EOR計畫。
- 立體障礙醇胺(Sterically Hindered Amine)：TRL 9，主要應用於此技術供應商三菱重工業株式會社的合作計畫，例如：美國的Petro Nova示範計畫。
(二)固體吸附劑
變壓吸附/真空變壓吸附(Pressure Swing Adsorption/Vacuum Swing Adsorption)：TRL 9，主要係由技術供應商三福氣體公司(Air Products)應用於美國的Port Arthur計畫，並將純化後的二氧化碳用於EOR。
(三)薄膜
氣體分離薄膜(Gas Separation Membranes)：TRL 9，主要應用於巴西石油公司的EOR計畫。
在封存技術方面，目前全球主要發展之4項碳封存技術，包括：EOR、鹽水層封存(Storage in Saline Formations)、枯竭油氣田封存(Storage in Depleted Oil and Gas Fields)，以及非常規封存(Unconventional Storage)。其中TRL較高的技術為EOR以及鹽水層封存，已達到TRL 9。EOR技術亦已經實施超過50年，且應用於許多案例中。而鹽水層封存，則為目前全球主要進行地質封存之技術，並已藉由挪威Sleipner計畫驗證其可行性。另外，枯竭油氣田封存技術亦在示範階段，TRL為5-8，未來將逐步朝商業化發展。
二氧化碳除了進行封存外，亦能夠進行再利用，以達到減碳效益。根據聯合國歐洲經濟委員會(United Nations Economic Commission for Europe, UNECE)於2021年提出之《技術簡介-碳捕捉、利用與封存》(Technology Brief- Carbon Capture, Use and Storage (CCUS))報告中，亦有說明目前碳再利用的主要產品、價格、市場需求以及減碳潛力，並指出粒料與混凝土的市場需求量較多[17]。詳如下表1：
表1 全球碳再利用市場發展
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產品
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價格($/噸)
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市場需求量
(百萬噸/年)
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減碳潛力
（二氧化碳總量/噸)
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粒料(Aggregate)
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10
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55,000
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0.25
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混凝土(Concrete)
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100
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20,000
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0.025
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甲醇(Methanol)
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350
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140
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1.37
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乙醇(Ethanol)
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475
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100
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1.91
|
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碳酸鈉(Sodium Carbonate)
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150
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60
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0.42
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碳酸鈣(Calcium Carbonate)
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200
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10
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0.44
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聚合物(Polymers)
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1,900
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24
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0.08
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資料來源：UNECE (2021), Technology Brief- Carbon Capture, Use and Storage (CCUS). https://unece.org/sites/default/files/2021-03/CCUS%20brochure_EN_final.pdf
一、電廠導入碳捕捉、利用與封存之案例與後端應用
如前揭淨零過渡期之碳捕捉、利用與封存協助電力部門淨零轉型所述，為了實現能源轉型，並提供穩定低碳電力，電廠導入CCS將是必要之措施。以下將詳細介紹目前國際上已實施CCS技術之電廠案例，包括加拿大Boundary Dam電廠、美國Petra Nova電廠以及英國Drax電廠。
(一)加拿大Boundary Dam電廠
Boundary Dam是一座總裝置容量824百萬瓦(MW)的燃煤電廠，如圖4所示，位於加拿大薩斯喀徹溫省(Saskatchewan)[18]，於2014年開始導入CCS技術，為世界上第一個整合商轉燃煤發電廠的大型二氧化碳地質封存計畫，Boundary Dam燃煤電廠共有6組機組，主要將老舊的3號機組(Boundary Dam 3)進行改建，包括鍋爐改建與汽機更換，其原總裝置容量(Gross)為139百萬瓦(MW)，經改造後升級至160百萬瓦(MW)，但由於更新後的機組需支援二氧化碳捕捉設施[19]，部分能量會挪用至捕捉製程中，因此改造後的新機組之裝置容量為110百萬瓦(MW)。另外，已將1、2號機組退役，而4-6號機組維持現狀。
由於煤炭仍為世界上使用最廣泛的能源，約占全球電力的40%，同時薩斯喀徹溫省有大量煤炭，因此電廠以燃煤發電為主。為因應國內的減碳措施，Boundary Dam電廠的營運商SaskPower亦積極增加天然氣、水力、風力與太陽能的使用，但這些能源無法一夕之間取代所有燃煤發電，因此燃煤電廠導入CCS技術將能夠在持續增加再生能源布署之情況下，為客戶提供穩定且負擔得起的電力[20]。
Boundary Dam CCS計畫最初的總成本為15億美金(約新台幣480億元)，其中8億(約新台幣256億元)用於CCS設施，而5億(約新台幣160億元)用於改造成本。加拿大政府亦支持該計畫，為其提供2.4億美金(約新台幣76.8億元)的補助金。該電廠主要使用殼牌(Shell plc)提供的胺類溶劑碳捕捉技術，捕捉煙道氣中的二氧化碳，捕捉成本為每噸105美金(約新台幣3,360元)，從2014年開始營運至2023年，已經捕捉5,376,837噸的二氧化碳[21]，並將其中90%的二氧化碳藉由管線輸送至Weyburn附近由Cenovus Energy營運的強化石油回收區進行EOR，而其餘10%二氧化碳將運輸到電廠三公里外Aquistore研究計畫的注入井，注入地下3,200公尺的Deadwood鹽水層進行封存，並由石油技術研究中心(Petroleum Technology Research Centre, PTRC)管理[22]。截至2023年，Aquistore研究計畫已達到50萬噸的封存量[23]。
此外，Boundary Dam的三號機組原設計其碳捕捉率為90%、年捕捉量目標為1百萬噸(Mt)，但因相關問題包含：(1)CCS設備的可用性；(2)吸收劑胺(Amine)的衰退、可用性與價錢；(3)二氧化碳銷量契約的問題；以及(4)低品質的褐煤(Lignite Coal)等外加挑戰，最終使得Boundary Dam的三號機組實際捕捉率為70%、年捕捉量約為800,000噸[24]。
另外，Boundary Dam CCS計畫亦將捕捉的二氧化硫轉化為硫酸，並販售予工業廠商。同時將煤炭燃燒後的副產品飛灰(Fly ash)用於混凝土之相關產品，以增加收益[25]。
圖4 加拿大Boundary Dam電廠
資料來源：International CCS Knowledge Centre (2023), Carbon capture on BD3 - successful by design. https://ccsknowledge.com/blog/carbon-capture-on-bd3---successful-by-design
(二)美國Petra Nova電廠
Petra Nova為位於德州湯普森鎮，世界最大燃煤電廠碳捕捉示範場，如圖5所示，主要由美國NRG能源公司(NRG Energy)以及日本JX石油天然氣探勘公司(JX Nippon Oil & Gas Exploration)共同開發，並使用三菱重工業株式會社與關西電力公司共同開發之醇胺二氧化碳捕捉技術(KM CDR Process)，捕捉NRG能源公司的W.A.Parish燃煤電廠8號機組(240(MWe)所產煙道氣中的二氧化碳，每天約可捕捉4,776公噸。該系統包括煙道氣冷卻器(Flue-Gas Cooler)、吸收塔(Absorber)、再生塔(Regenerator)、二氧化碳壓縮設備(CO2 Compression Unit)等設施，使捕捉效率達90%[26]。所捕捉之二氧化碳經壓縮並運用一條81英里(約130公里)的管線運輸至德州傑克遜縣West Ranch油田進行EOR與封存。
此計畫總投資為10億美元，資金來源包括美國能源部的1.95億美元補助金、融資2.5億美元以及贊助商的投資。其中約60%應用於碳捕捉與發電設施以及相關資本支出，而剩餘的投資款項則用於前期營運與管理成本、二氧化碳管線以及West Ranch油田改善工程等。該計畫主要分為三個階段，第一階段為專案定義/前端工程與設計(Front End Engineering Design, FEED)；第二階段為詳細工程、採購與建置；第三階段為示範與監測。2016年該計畫結束第二階段，開始進行商業營運以及為期三年的示範期，從2017年至2019年，主要目標在於展示CCS先進技術以及監測注入West Ranch油田的二氧化碳，以展示監測、驗證和計量(Monitoring Verification and Accounting, MVA)技術。截至第三期結束，Petra Nova已捕捉3,542,537公噸之二氧化碳，並運用EOR技術，產出420萬桶石油，每天約6,000桶[27]。
另外，Petra Nova於2013年安裝奇異公司(General Electric Company, GE)的GE 7EA燃氣渦輪引擎(Combustion Turbine Generator，以下簡稱CTG)，以協助德州電力可靠性委員會(The Electric Reliability Council of Texas, ERCOT)的尖峰市場需求，並於2016年轉為汽電共生設施，以滿足碳捕捉過程的蒸汽需求，同時導入熱回收鍋爐(Heat Recovery Steam Generator，以下簡稱HRSG)等設施。在碳捕捉過程中，每小時需要使用多達500,000磅的蒸汽，其中絕大多數的蒸汽主要來自於汽電共生設施，藉由CTG的廢熱產製蒸汽，其餘蒸汽則透過導管燃燒器(Duct Burners)產生。同時將天然氣輸送至HRSG進行燃燒，以提供額外所需之熱能。
加裝汽電共生設施之目標，不僅協助證實碳捕捉的可行性，同時不對燃煤主機造成寄生效應，亦不對當地電價產生負面影響，並能夠使用更乾淨的燃料，改善整體碳足跡。如果直接從燃煤主機獲取蒸汽與電力，可能產生大量的碳足跡。但仍有相關缺點需克服，亦即在沒有燃煤主機的備用供應情況下，汽電共生設施的停機將導致碳捕捉設施的停機，在示範期的三年中，該設施導致碳捕捉設施之停機時間達88天[27]。
此外，因受到全球經濟衰退的影響、石油需求與價格低迷，以及新冠病毒的流行，Petra Nova已於2020年5月關閉，以降低衝擊，並將在經濟狀況改善後重新營運[28]。嗣後，Petra Nova於2023年9月5日重新啟動[29]。
圖5 Petra Nova計畫
資料來源：陳書璿(2023)。【全文】找學研大咖合作 台排碳大戶搶碳捕捉商機。https://www.mirrormedia.mg/story/20211216ind001
(三)英國Drax電廠
英國能源公司「德拉克斯集團」(Drax Group)在英國北約克郡的Drax發電廠(如圖6所示)實施兩項生質能結合碳捕捉與封存(Bio-Energy Carbon Capture and Storage，以下簡稱BECCS)計畫，並規劃於2027年實現商業化規模的碳捕捉。目前此一發電廠之發電量占英國電力供給的6%，並已將其中四個發電機組從燃煤轉換為燃燒再生燃料，目前主要應用木質顆粒製成的生質物進行燃燒發電，同時於2021年停止剩餘兩個燃煤機組的營運。
該計畫將在兩台660百萬瓦(MWe)的生質物發電機組加裝碳捕捉設施，預計將可從煙氣中捕捉95%的二氧化碳[30]。該電廠的首個二氧化碳捕捉計畫於2019年開始營運，主要使用英國C-Capture公司開發的溶劑(Solvent)類型捕捉技術，每天可捕捉約一噸的二氧化碳。第二個計畫於2020年啟動，主要運用三菱重工業株式會社與關西電力公司共同開發的「Advanced KM CDR Process」醇胺碳捕捉技術，此一技術所使用的「KS-21」胺吸收液，相較前一世代「KM CDR Process」技術所使用的「KS-1」胺吸收液，成本更低且節能效果更佳[31]，每天約可捕捉300公斤的二氧化碳，以測試生質物煙道氣與碳捕捉的應用。捕捉後之二氧化碳除了進行地質封存外，亦將二氧化碳販售給其他合作廠商進行再利用(例如：製成魚類與家禽飼料等)[32]。
Drax商業規模BECCS計畫，將成為英國政府所推動之零碳亨伯CCUS集群(Zero Carbon Humber CCUS)計畫的一部份。該計畫旨在減少工業集群的二氧化碳排放、低碳氫生產以及負碳電力等目標，從此工業集群中所捕捉的二氧化碳，將利用管線運輸至100公里外的北海封存場址進行封存[33]。該計畫每年可去除高達800萬噸的二氧化碳。
圖6 Drax發電廠
資料來源：Edie Newsroom (2019), Drax begins capturing biomass carbon emissions in ‘world first’. https://www.edie.net/drax-begins-capturing-biomass-carbon-emissions-in-world-first/
二、臺灣火力電廠導入碳捕捉、利用與封存之情境
針對全球的淨零減碳以及CCUS發展趨勢，臺灣於2022年由國家發展委員會公布我國「2050淨零排放路徑及策略總說明」，並針對能源、產業、生活與社會等領域規劃四大轉型策略，其中CCUS為主要的發展技術之一，目標減碳量達4,000萬噸以上[34]。更於同年(2022)年底公布淨零轉型之12項關鍵戰略，其中「臺灣2050淨零轉型「碳捕捉利用與封存」關鍵戰略行動計畫」說明2030年CCUS的積極貢獻度約為400萬噸，若加強碳循環利用及產業應用，約可再貢獻60萬噸。因此，預期2030年CCUS減碳效益目標樂觀值提高至460萬噸[8]。
台電公司為因應國家淨零政策，將於其電廠加裝CCUS以進行減碳。目前計畫將於台中發電廠內建置「減碳技術園區」，並發展CCUS技術。台電公司的CCS規劃期程主要可分為三階段，第一階段：2021年至2025年，臺中火力發電廠之9號與10號機組以及碳封存驗證場域完成環差與可行性研究。第二階段：2026年至2035年，建置碳捕捉先導測試場，以及完成碳封存驗證場域之灌注作業，並開始針對燃氣機組進行機組改裝與CCS建置。第三階段：2036年至2050年，燃氣機組完成CCS建置並運轉[35]。CCUS作為電力業減碳技術，短期可延續燃煤電廠之使用，長期則成為燃氣機組的必備裝置，同時降低能源轉型路徑上的風險。
為了發展CCUS，台電公司早於2008年便已開始投入碳捕捉技術之研發，包括：溶劑吸收與固態吸附等技術，並於2019年開始將研究成果應用於實際煙氣的捕捉試驗，不僅達到長期運轉，其捕捉到的二氧化碳濃度可達99.9%。而在碳封存部分，台電公司過去曾於2011年進行地質封存調查計畫，確認台西盆地深部鹽水層之封存可行性與潛能，總封存潛能估計達137.3億噸[36]。
「減碳技術園區」在2021年取得環境部核可後，便於2022年開始建置，此園區將建置小規模碳捕捉試驗廠，如圖7所示。主要將電廠排放的燃燒尾氣，透過管線引入試驗設備，並運用沸石吸附或是液體吸收兩種方式進行碳捕捉，每天將可捕捉約6噸的二氧化碳，其捕捉成本為每噸新台幣2,000元[37]，並初步選定臺中火力發電廠9號與10號機組進行試驗，目標年碳捕捉量達2000噸[38]。同時預計於試驗完成後，進行碳封存試驗，將建置碳封存試驗場址，以小規模注儲進行試驗，預計封存於臺中外海的鹽水層中，屆時將驗證監測系統與風險評估方式，亦就試驗結果評估擴展大規模碳封存之可行性，以利未來達成商業模式發展[39]。另外，園區亦有建立植物工廠，將二氧化碳利用於高價作物栽培[40]。
圖7 台電碳捕捉封存試驗區
資料來源：劉光瑩(2023)。「碳捕捉」是什麼?發電減碳新技術 台電如何「捕」CO2、要封存在哪裡? https://csr.cw.com.tw/article/43269
雖然目前台電公司積極發展CCUS技術與試驗，但仍面臨成本高、土地面積受限以及法規尚未完善等問題。未來仍需依靠技術突破以及與政府單位合作，共同擬定明確之法規標準，以協助CCUS在臺發展。
肆、無碳電力協助企業進行轉型
根據前述「貳、國際淨零減碳趨勢」已瞭解無碳電力為國際發展趨勢之一。然而電廠加裝CCUS亦面臨初期設備建置成本較高之問題，同時因缺乏明確的商業模式，導致無法得到銀行貸款的資金支持。另一方面，企業也面臨各種減碳政策之壓力，例如：100% Renewable Energy (RE 100)、碳揭露計畫(Carbon Disclosure Project, CDP)、碳邊境調整機制(Carbon Border Adjustment Mechanism, CBAM)、清潔競爭法案(Clean Competition Act, CCA)，以及蘋果及Google公司之供應鏈減碳要求等。在企業無法僅依靠提高能源效率，使自主達到淨零，亦仍需要藉由整體運用再生能源或無碳電力以達成淨零碳排。
針對上述之問題，台灣經濟研究院於2022年提出無碳電力憑證(Carbon-Free Electricity Certificate, CFEC)概念。如圖8所示，無碳電力憑證概念類似於我國的再生能源憑證(Taiwan Renewable Energy Certificate, T-REC)，為一能源屬性憑證，主要將火力電廠導入CCUS技術所發出之電力視為無碳電力，並藉由第三方公正單位查證後，核發無碳電力憑證。在缺乏再生能源的情況下，電廠不僅可透過與企業簽訂「企業能源採購協議」(Corporate Power Purchase Agreement，以下簡稱CPPA)，將無碳電力販售予企業以取得獲利，亦能夠協助企業達到24/7全時使用無碳能源(Carbon-free Energy, CFE)之目標，滿足國際企業之供應鏈減碳要求以及降低產品出口之碳費壓力。同時，電廠可透過此商業模式以及與企業簽訂之CPPA作為還款依據，向銀行進行融資貸款，或使政府更有餘裕地提供補助與資金支持，以解決初期電廠設置CCUS設備之大量資金壓力，加速電廠的能源轉型[41]。
圖8、無碳電力憑證促進淨零正向循環經濟
資料來源：經濟部標準檢驗局(2022)。以無碳電力憑證推動電力部門淨零轉型建議。https://www.bsmi.gov.tw/wSite/public/Data/f1658990359851.pdf
伍、結論與建議
淨零減碳已是全球的共識與目標，尤其電力部門的完全去碳是達到淨零的重要基礎。而在現行各產業及部門皆朝向電動化與電氣化邁進之情況下，未來不僅將增加用電需求，同時亦需要更多再生能源或低碳能源，以協助各產業真正達到淨零。雖然現階段再生能源在全球已有一定程度的發展，但仍不足以提供全人類足夠之用電，且亦有不穩定性之問題。因此，火力發電加裝CCUS，將能夠提供低碳或無碳能源，以穩定供電，同時達到減碳效益。另外，亦可於生質能發電導入CCUS技術，以實現負排放之目標。
全球目前積極投入CCUS發展，且已有相當成熟之技術以及案例，並已有導入火力發電。臺灣雖已有逐步跟進國際之腳步，提出臺灣2050淨零轉型「碳捕捉利用及封存」關鍵戰略行動計畫，並由台電公司建置「減碳技術園區」，發展CCUS技術，以協助電廠減碳，但現階段臺灣仍處於發展中階段，且未有執行大型CCUS計畫之經驗，因此未來台電在開發「減碳技術園區」時，亦可以借鏡國際技術以及案例經驗，增加我國發展CCUS的可行性，同時研議未來的商業模式。另，建立無碳電力憑證(CFEC)解決電力業者導入CCUS技術與設施之初期成本壓力，亦提供減碳需求產業使用無碳電力之證明，以降低企業受國際淨零減碳政策的影響，同時提升其投資CCUS技術之意願，不僅加速電廠能源轉型，亦使臺灣在淨零發展的道路上不落人後。
陸、參考文獻
[1] 鄭宇茹(2021)。什麼是COP26、聯合國氣候峰會？一次搞懂COP、NDC、IPCC、UNFCCC、巴黎協定與永續金融。
[2] United Nations (2021), COP26: Together for our planet.
[3] Dr Hydra Rodrigues (2021), COP26: Small Steps Forward for Green Technologies, Finds IDTechEx.
[4] U.S. Department of State (2021), U.S.-China Joint Glasgow Declaration on Enhancing Climate Action in the 2020s.
[5] 陸孝立(2022)。COP27 氣候峰會六大關鍵重點。
[6] 易淳敏(2023)。《COP28決議解析》「終結化石燃料」寫入正式決議！台灣能源轉型挺得住?
[7] Valerie Volcovici, Gloria Dickie and William James (2023), Nations strike deal at COP28 to transition away from fossil fuels.
[8] 國家發展委員會(2022)。臺灣2050淨零轉型「碳捕捉利用及封存」關鍵戰略行動計畫(核定本)。
[9] European Commission (2023), The Net-Zero Industry Act: Accelerating the transition to climate neutrality.
[10] The White House (2021), FACT SHEET: President Biden Signs Executive Order Catalyzing America’s Clean Energy Economy Through Federal Sustainability.
[11] The White House (2023), FACT SHEET: President Biden to Catalyze Global Climate Action through the Major Economies Forum on Energy and Climate.
[12] United States Environmental Protection Agency (2023), EPA Proposes New Carbon Pollution Standards for Fossil Fuel-Fired Power Plants to Tackle the Climate Crisis and Protect Public Health.
[13] Valerie Volcovici (2023), Biden EPA to issue power plant rules that lean on carbon capture.
[14] IEA (2020), The role of CCUS in low-carbon power systems.
[15] GCCSI (2023), Global Status of CCS 2023.
[16] GCCSI (2021), Technology Readiness And Costs of CCS.
[17] UNECE (2021), Technology Brief- Carbon Capture, Use and Storage (CCUS).
[18] GlobalData (2023), Power plant profile: Boundary Dam Power Station, Canada.
[19] 黃鐘(2017)。二氧化碳捕集與封存工程概述及台西盆地二氧化碳深部地質封存規劃簡介。
[20] SaskPower (2023), Boundary Dam Carbon Capture Project.
[21] SaskPower (2023), BD3 Status Update: Q2 2023.
[22] MIT Carbon Capture & Sequestration Technologies (2016), Boundary Dam Fact Sheet: Carbon Dioxide Capture and Storage Project.
[23] PTRC (2023), Aquistore Project Reachs +500,000 tonnes of CO2 Stored.
[24] 財團法人台灣經濟研究院(2023)。財團法人台灣經濟研究院出國報告-加拿大CCS參訪。
[25] Gail Reitenbach (2015), SaskPower’s Boundary Dam Carbon Capture Project Wins POWER’s Highest Award.
[26] Mitsubishi Heavy Industries (2018), The Petra Nova Carbon Capture Project.
[27] DOE、NETL (2020), Final Scientific/Technical Report Petra Nova.
[28] Carlos Anchondo and Edward Klump (2020), Petra Nova is closed: What it means for carbon capture.
[29] Sonal Patel (2023), Petra Nova, Pioneering Power Plant Carbon Capture Unit, Is Up and Running Again, says JX Nippon.
[30] Drax (2023), Combating Climate Change.
[31] 經濟部國際貿易局(2021)。三菱重工研發可回收99.8%之二氧化碳排放量之新技術。
[32] Drax (2023), BECCS and negative emissions.
[33] IEA (2021), Drax BECCS.
[34] 國家發展委員會(2022)。臺灣2050淨零排放路徑及策略總說明。
[35] 鍾年勉(2023)。台電公司推動碳捕捉電廠之發展願景與展望。
[36] 台電綠網(2023)。碳捕集、再利用及封存。
[37] 劉光瑩(2023)。「碳捕捉」是什麼?發電減碳新技術 台電如何「捕」CO2、要封存在哪裡?
[38] 曾智怡(2023)。台電中油領軍試驗碳捕捉與封存為碳權交易暖身。
[39] 台電股份有限公司(2023)。台中發電廠第九、十號機發電計畫環境影響說明書第六次變更內容對照表(設置二氧化碳封存試驗場址)(定稿本)。
[40] 楊明偉(2019)。台電公司二氧化碳捕集與再利用研發現況。
[41] 經濟部標準檢驗局(2022)。以無碳電力憑證推動電力部門淨零轉型建議。