【科技.未來】蓋茨有份投資 碳捕集及儲存或將普及?

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應對二氧化碳排放的碳捕集與封存(Carbon Capture and Storage,CCS)技術開發多年,但一直因成本過高而無法普及。

美國一家採用更高效CCS方式的天然氣發電廠,上月底完成首次點火測試。另一間由蓋茨投資的公司,近日亦聲稱能大幅降低CCS成本。

這些新公司的突破和承諾,會讓CCS成為全球暖化的解藥嗎?

據國際能源署(IEA)統計,去年全球與能源相關的二氧化碳排放量上升了1.4%至325億噸,創歷史新高,增幅相當於1億7,000萬架車的排放量。現時我們已比工業化前排放多了45%的二氧化碳,並大約以每日100萬公噸繼續增加。

2015年聯合國氣候變化大會(COP21),近200國共同訂下了新的氣候目標(視覺中國)

各國科學家及領導人早已意識到這個問題,才有了1997年的聯合國《京都議定書》(Kyoto Protocol),定下了會員國的二氧化碳排放量、交易配額等規範;再到2009年的《哥本哈根協定》,定下控制全球平均升溫在攝氏2度之內。隨着《京都議定書》於2020年到期及《哥本哈根協定》(Copenhagen Accord)的失敗,聯合國195個成員國於2015年通過了《巴黎協定》(Paris Agreement),以控制全球平均溫度比工業化前,升幅低於攝氏2度為目標,長遠更希望限制在攝氏1.5度以內。

減少大氣中的二氧化碳

然而,地球現時溫度已升了約攝氏1度,要達到《巴黎協定》的目標,光是減少碳排放並不足夠。聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)在2014年報告中指出,CCS技術將增加實現氣候目標的成功率。CCS是一套設備,把工業過程或發電時產生的二氧化碳,以燃燒、燃燒後、富氧燃燒等不同方法「捕集」起來,然後壓縮、運送及灌注到地底適合的岩層中封存,以減少排放到大氣中的二氧化碳,紓緩全球暖化問題。(下圖)

碳捕集及封存(Carbon Capture and Storage, CCS)如何運作。

CCS的原理可算是自然現象,實際上,自然界中二氧化碳氣層早已長年儲存了大量二氧化碳,只是到1990年代,才由美國亞利桑那州立大學的拉克納(Klaus Lackner)教授應用來在環保除碳研究之上。自此啟發了這方面的科研,好些公司陸續建立昂貴的技術雛形,到近年,這種技術愈加受到重視。IEA預期,在2015至2050年間,CCS將能減少14%的溫室氣體排放。

除了從發電廠或工廠捕集,也有公司以Direct Air Capture技術直接捕集空氣中的二氧化碳。(Carbon Engineering的示意圖)

瑞士公司Climeworks在當地一間廢物焚化廠的DAC碳捕集裝置(視覺中國)

CCS以外的清除或捕集碳方法。

除了直接封存到地底,CCS也衍生發展了生物能源(Bio-energy with CCS,BECCS)。植物日常會從空氣中吸取二氧化碳,把植物用來燃燒發電,然後把發電時產生的二氧化碳捕集及封存,就能減少大氣中的二氧化碳。

也有公司正在研發一種名為「直接空氣捕集」(Direct Air Capture, DAC)的CCS方法,以特製的大型風扇抽入空氣,經過一層化學物料過濾二氧化碳,在使用上不限於發電廠和工廠(上圖)。除了CCS,科學界也正研究各種負排放技術(Negative Emission Technology,NET)來清除二氧化碳。 (左圖)

成本過高 擴大規模成疑

CCS及其他負排放方法,貌似成為紓緩全球暖化的出路,但最大阻力仍在成本之上。微軟創辦人蓋茨有份投資的能源公司Carbon Engineering近日聲稱,未來可以由現時每噸二氧化碳600美元,減至最低94美元。但即使承諾能兌現,屆時要清除地球1%的二氧化碳,成本仍高達4,000億美元。

若使用BECCS,也需要大量土地,英國丁鐸爾氣候變化研究中心(Tyndall Centre for Climate Change)副總監安德森(Kevin Anderson)及挪威奥斯陸大學國際氣候與環境研究中心(CICERO)研究總監彼德斯(Glen Peters)卻指出,供給BECCS的種植面積可能相當於一至兩個印度。

此外,全球CCS協會(Global CCS Institute)估計,若要控制全球升溫於攝氏2度以內,2040年時將需要逾2,000個CCS設施;石油巨企蜆殼(Royal Dutch Shell PLC)更預計2070年前要有一萬個設施。但據全球CCS協會統計,現時全球僅有17個大型CCS設施運作中,另有5個將於3年內興建完成,還有15個規劃中。

圖輯:大型CCS設施

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而運作中的設施能力也甚為有限,合共每年只能封存約3,100萬噸二氧化碳,大約相等於美國兩天的排放量。事實上,維珍集團(Virgin)創辦人布蘭森(Richard Branson)於2007年曾設立2,500萬美元獎金,希望有人能設計出連續十年每年清除10億噸二氧化碳的方法,但至今仍無人領取。

提高油氣採收(Enhanced Oil Recovery, EOR)是現時主要的CCS方式。圖為美國石油公司Occidental Petroleum在新墨西哥的EOR設施。(視覺中國)

提高油氣採收 傳統能源商看好

全球最大的採礦公司必和必拓(BHP Billiton)視CCS為其重要計劃,該公司自2016年起與北京大學合作,研究中國製鋼廠使用CCS在技術和政策上的可能性,近來亦開始與墨爾本、牛津、史丹福等多間大學合作研究碳封存。必和必拓的持續發展及氣候變化部門副主席懷爾德(Fiona Wild)認為,發電廠或有可能由燒煤或天然氣轉型至再生能源,但一些工業生產,例如鋼筋水泥,在減少排放方面則沒有什麼好的另類選擇,因此,CCS在這些工業上仍有一定角色:「未來幾十年,人們將繼續使用化石燃料,若沒有CCS,我不知道如何達成氣候目標。」

除環保原因外,CCS對化石燃料公司也有實際用途。把二氧化碳灌注及封存到耗竭的油氣層,可以提高油氣採收率(Enhanced Oil Recovery, EOR),這也是現時運作的CCS設施中,最主要的封存方式和經濟誘因。

業界新貴尋找商業模式 力圖降低成本

但是,若不從源頭減碳,意味着未來政府將需要永無止境地投放資源,來捕集和封存二氧化碳,這未必是最有效的運用公帑方法。此外,雖然IEA認為CCS有一定減碳作用,但其淨煤中心(IEA Clean Coal Centre)指出,CCS設施使用發電廠高達三分之一產出能源,令電力價格上升最高達80%。過往已有好些CCS項目因成本問題,半途而廢。經典例子是美國南方電力公司(Southern Company)在密西西比州肯珀郡(Kemper)的煤電廠CCS計劃,在歷時七年、超支近40億美元後宣告放棄,2017年轉為天然氣發電廠。(下圖)

Kemper(已取消);地點:美國密西西比州;開始運作:2015(預計);碳捕集容量(每年百萬噸):3.5;碳排放源:煤電;封存方式:EOR(Wikimedia Commons)

近來有些公司正研發新技術,希望找出CCS的商業模式以克服上述的難關。美國公司Net Power在德克薩斯州的天然氣發電廠,上月底完成首次點火測試。有別於傳統發電廠以氧氣燃燒化石燃料,產生水蒸氣推動渦輪發電並排出二氧化碳,Net Power採用了名為Allam Cycle的方法,不同之處在於,由超臨界流體二氧化碳取代水蒸氣推動渦輪,其所產生的二氧化碳,部分能夠回收至燃燒室重新使用,其餘的二氧化碳則作封存或出售之用。

這種方法能減少氧氣和天然氣原料,從而降低成本。Net Power預期,在興建幾個商業級發電廠後,成本將能與一般天然氣發電廠看齊,《麻省理工科技評論》(MIT Technology Review)更將之視為本年十大科技突破之一。

DAC公司Carbon Engineering正與燃料公司Greyrock合作,把捕集得來的二氧化碳生成燃料。(Greyrock圖片)

瑞士公司Climeworks則把利用DAC捕集到的二氧化碳賣到附近的溫室,再加到泥土種植番茄和青瓜。創辦人烏茲巴赫(Jan Wurzbacher)說:「二氧化碳捕集必然是門生意,不可能免費。」

Carbon Engineering亦與加州能源公司Greyrock合作研發Air to Fuel技術,把DAC的二氧化碳,以及從水中分離出的氫氣,製成汽油和柴油出售。現時他們每日能生產一桶,長遠希望增加至每日2,000桶。

業界促政府多走一步

冰島CCS計劃CarbFix的負責人阿拉杜迪(Edda Sif Aradóttir)呼籲政府多行一步:「我們面對的最大挑戰是《巴黎協定》的承諾必須付諸實行,應對氣候變化的技術方案早已存在,但各國立法機關都沒有提出誘因或義務,讓這些技術得以大規模應用。」

幸好,美國近期在對這方面作出了改善,本年2月,美國總統特朗普簽署了增加45Q稅項抵免法案:每封存或再用一噸二氧化碳,將可分別得到50及40美元稅項抵免,為期12年,並不設上限。全球CCS機構總裁佩治(Brad Page)便認為,此舉將令開發者的成本大大降低。

不過,即使除碳成本有望降低,卻未必是氣候問題的最終解答,詳見《【科技.未來】碳捕集及封存減緩暖化 質疑者:最大的道德災難》。

上文節錄自第115期《香港01》周報(2018年6月11日)《碳捕集與封存 全球暖化解藥?》。

更多周報文章︰【01周報專頁】
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