星期三, 6 月 29, 2022

德瑞克說碳金融》第二十二講:捉拿歸案 關進地牢 ─ 談談CCUS

大家好,我是德瑞克,我對氣候變遷議題下的碳金融有高度興趣,同時也抱著高度質疑。

台灣在今年三月公布「臺灣2050淨零排放路徑及策略總說明」,提供至2050年淨零之軌跡與行動路徑,這是台灣在碳議題上的重磅文件,我們也將於後面幾講陸續跟讀者分享。

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在上述的重要策略文件中,「碳捕捉再利用及封存」(英文是Carbon Capture, Utilization and Storage, 簡稱為CCUS)出現了14次,是一個極重要關鍵字。

CCUS的第一步是要從空氣中收集二氧化碳,然後根據接下來處理方式分成兩種,一種是捕捉二氧化碳之後封存在地下,稱為CCS(碳捕捉和封存)。另一種則是將捕捉到的二氧化碳轉化為有用的材料,稱為CCU(碳捕捉再利用)。

(圖片來源: https://pixabay.com/)

我覺得碳捕捉就很像童話中的騎士抓惡龍。惡龍會飛而且危害世界,為了拯救世界,英勇的騎士要努力去把它抓回來。

然後抓到惡龍之後,CCS就好比是把惡龍鎖在深深的地牢當中,而CCU則像是把惡龍馴養成聽話的坐騎。

有網友開玩笑說:「那我把呼吸出去的二氧化碳用塑膠袋包起來,然後埋到地底下,不就是CCS了?!」玩笑歸玩笑,概念上倒是沒錯的。但是實際執行上卻沒有那麼單純。

第一,二氧化碳佔空氣中的比例不高,即使是直接從火力發電廠的煙囪去擷取燃燒後的廢氣,廢氣中也只有約十分之一是二氧化碳。更不要說是直接從大氣中去擷取了!二氧化碳在一般空氣中的濃度只有萬分之四(0.04%)。光是用化學方法或是材料觸媒,把二氧化碳從燃燒後的廢氣(或是直接從大氣中)分離捕捉出來,本身就是一個大難題。

第二,分離成功的二氧化碳,如果要打入地下儲存,那麼需要找到合適儲存的地質結構,還要將原本是氣體的二氧化碳,透過加壓或是降溫成液體,然後透過管道把它送到深深的地底下。

第三,分離成功的二氧化碳,如果要拿來使用,則要經過化學工廠再加工,合成出適當的產品。

先讓我們來看看幾個實際的CCS案例。

第一個,我們來看看美國德州的燃煤電廠中的CCS項目(名稱為Petra Nova)。

(德州Petro Nova項目,中間的高塔為碳獲捉裝置,來源https://www.nrg.com/)

Petra Nova項目是美國公司NRG Energy和日本公司JX Nippon 合作的CCS項目,這是2016年當時世界上最大的碳捕捉裝置。

Petra Nova將火力發電廠的鍋爐所排放的二氧化碳,利用日本的專利高效能溶劑,分離出二氧化碳。然後把二氧化碳加壓成液態,通過直徑十二英吋的管道輸送到82英里之外的West Ranch油田,把二氧化碳打入即將枯竭的油田中,封存在地底下5000英尺深的砂岩層中。

這樣做有雙重的好處,一方面即將庫節的油田本來蘊藏的地層有孔隙,剛好可以存放二氧化碳;另外一方面則因為有注入二氧化碳的壓力,還可以提高石油採收率(EOR,Enhanced Oil Recovery),讓老舊的油田還能再擠出油來。

這就有點像是鳩佔鵲巢,不只封存了二氧化碳這隻鳩,還更多的開採出了石油這隻鵲,是不是一舉兩得?不只減少了碳,還賺到了錢?

也許有反應快的讀者已經想到了,CCS本來目的不是要減少碳排放嗎?怎麼還反而讓你開採出更多的石油了?
但是若換個角度想,反正都得開採石油,如果在開採石油的同時,還能把一些二氧化碳封存起來,是不是算是比較無害的選擇?

碳金融上確實存在著很多類似的矛盾與思辨。

(德州Petro Nova項目,這是將液化後的二氧化碳往地底下送的管道入口,來源https://www.nrg.com/)

Petra Nova 碳減排系統的安裝成本約為 10 億美元,其中美國政府提供的1.95 億美元的出資,日本政府提供的 2.5 億美元貸款。

該項目於 2016 年十二月投入運營。在前十個月裡,該工廠封存了超過一百萬噸捕捉的二氧化碳,並將原本已經接近枯竭的石油產量提高了十三倍。

(備註:根據歐洲環境署EEA的估算,一輛普通的汽油引擎車平均每公里排放250公克二氧化碳當量,所以上述的一百萬噸二氧化碳減排,大約是四十萬輛車跑上一萬公里的碳排放量)

但是因為Petra Nova是以增加的石油作為該項目的經濟收入,在2019年至2020年間,遇到COVID─19引發的石油價格下跌,繼續營運的誘因大幅減低,導致該項目已經於2020年五月處於關閉狀態,才短短營運三年半的時間。

第二個,我們來看看比爾蓋茲投資的公司,加拿大的Carbon Engineering。他們在做的事情就好像「機械化的光合作用」。

(圖片來源: https://www.theguardian.com/)

這是我們前面提到過,直接從空氣中去捕捉二氧化碳,因為濃度很低(平均只有萬分之四),也因此是難度最高的。

首先,Carbon Engineering利用巨型風扇陣列將空氣抽進來,然後利用複雜的專利化學過程把二氧化碳留下來,再把剩餘空氣排出去。

「這就是植物和樹木在進行光合作用時每天所做的事情,除了直接空氣捕獲技術做得更快,佔地面積更小,並以純淨的壓縮形式輸送二氧化碳,然後可以儲存在地下或重複使用」Carbon Engineering如是說。

在下圖中,我們試著把直接大氣捕獲(簡稱DAC,Direct Air Capture)與植物的光合作用對比一下,似乎是有那麼點相似。畢竟兩者都會吸收二氧化碳,過程中兩者都需要能量與水。

只是,人類要是想做造物主的事情,付出的代價將是高昂的,我們將在下一篇專文算算這些成本帳。

(圖片來源:左圖,Carbon Engineering網站。右圖,https://careiniime.org/)

Carbon Engineering聲稱他們的技術原型,可以每年從空氣中去除一百萬噸的二氧化碳。然後還打算利用廉價的可再生電力,來合成燃料,來取代石油。

公司還為此取了一個名字,叫做A2F,意指「讓空氣變成燃料」(Air To Fuel),Carbon Engineering認為這將會是一種能改變遊戲規則的技術。

因為在理想狀態下,這樣就自主形成了一個「淨零排放」的場景,空氣中的二氧化碳被採集回收,利用可再生能源合成燃料,然後燃料被使用排放二氧化碳,二氧化碳又被採集回收,周而復始,形成一個體系。

只要排放跟回收的碳數量能越來越匹配,人類就能接近「淨零排放」的大同世界了!

(圖片截圖自Carbon Engineering 介紹影片)

上述的理想實在太美好,該公司得到了比爾蓋茨的支持,也得到了三個能源巨頭的支持(雪佛龍、必和必拓和西方石油公司)。 (其實這是能源立場上有點衝突的兩種投資方,詳情可以參考 德瑞克說碳金融》第十八講)
聽起來實在很棒,對嗎?

不過扮演造物主的成本很高,根據國際能源署(IEA)的估算,直接從空氣中捕獲二氧化碳的成本高到嚇人,去除一噸大氣 CO2 的成本要$134到$342美元之間。

讓我們算兩個數字,來讓讀者感受一下這個成本有多高。

平均來說,一噸二氧化碳大約是一台車開四千公里的碳排放,所以要去除四千公里開車所排放的二氧化碳,成本約在新台幣$3900到$10,000之間。

讓我用另一個方式讓大家更有感覺,要是一台車平均油耗為12Km/L,開四千公里需要333公升的汽油,若以台灣現在九五汽油新台幣$32/L來計算,需要的油錢約是新台幣10000元。

看出來了這個成本有多驚人了嘛?要去除掉二氧化碳的成本,幾乎達到了油錢的30%到100%。往後這個除碳的成本,也很有可能會間接轉嫁到我們身上。

第三個,這是世界上最大的除碳工廠Orca,在冰島啟用。

(Orka在冰島的採集風扇,圖片來源: https://www.dezeen.com/)

Orka在冰島語中是「能量」的意思,它是由瑞士的 Climeworks 和冰島的 Carbfix合作而成,這是目前世界上最大的專業除碳工廠。

「我們正在開採天空,因為它含有太多的碳」Climeworks如是說。

他們的目標是從空氣中吸收二氧化碳並將其轉化為岩石。

跟第二個例子Carbon Engineering一樣,Orka是直接用風扇直接從空氣中採集。為了收集二氧化碳,工廠使用風扇將空氣吸入收集器,收集器內部裝有過濾材料。一旦過濾材料充滿二氧化碳,收集器便會關閉,然後升高溫度以從材料中捕捉二氧化碳。

(Orka工廠的二氧化碳收集單元,圖片來源: https://www.dezeen.com/)

接著,Carbfix 的專利技術會將二氧化碳與水混合,並將混合物打入地底一千公尺深的地方,進行礦化。按照Carbfix的技術,這些二氧化碳和水的混合物在大約兩年內會變成石頭。

變成石頭的好處,是再也不用擔心二氧化碳會脫逃。

畢竟,若只是將液態二氧化碳打入地層縫隙中,難保不會洩漏,或是因為地殼變動又再次跑到大氣當中,那前置的捕捉跟封存都白費力氣了。

(好不容易抓到的二氧化碳,千萬要別讓它再溜出來了!圖片來源: https://pixabay.com/)

該工廠預計每年將從空氣中吸收 4,000 噸二氧化碳。只是,這項技術仍然非常昂貴,可能需要數十年才能大規模運行。

看完上述三個CCUS的例子,敏銳的讀者應該感覺到了,CCUS有百般好,但是成本是擋在前面最大的問題。究竟CCUS是否只是一場讓人不願意醒來的美夢?

下一講,讓我們來算算成本的帳,以及沒有CCUS這位女主角就演不下去的「淨零排放」大戲。

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