碳捕捉與封存是氣候變遷解藥嗎?

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wetland - 保育議題 | 2016-08-08 11:46:24

 ※本文轉載於環境資源中心

作者:柯妤萱

 

CCS是什麼

 

碳捕捉(Carbon capture)與封存(Carbon storage)簡稱為CCS(Carbon capture

and storage),是一種捕捉工廠所排放的碳並儲存於地下的技術,藉以減緩溫室效應。

傳統的火力發電廠得以藉由CCS技術減少發電的碳排量,故化石燃料廠商視CCS為明日

之星。

 

然而CCS的成本居高不下,難以與再生能源匹敵,減碳的能力也不如再生能源。應用該

技術的工廠與電廠附近也需要合適的地質,故區域受限。繼續推崇CCS只是延長了化石

燃料的壽命,減碳未成,依然有害環境。此外,發展CCS計畫並非國際潮流,台灣實在

不必盲目追隨。

乙醇、水泥等工廠與火電廠排出的二氧化碳被分離後,除了販賣外,就經過運輸、壓縮

儲存於合適的地質中。來源:Carbon Capture and Storage,NMA。

 

CCS並非國際主流

 

目前全球營運中的大型CCS計畫只有15件。在北美,營運中的CCS計畫有10件,但遭終

止或延後的就有18件。這樣的窘況在全球皆然[1]

 

以總量來看,CCS的計畫數目漸漸減少,規劃與評估的動機也有減弱的跡象[2]。營運中

的CCS計劃多是用以處理天然氣製程,與發電廠配合的不超過1/10,想以它有效降低發

電系統的碳排量實在不易。

 

全球CCS計畫的投資量也遠遜於再生能源[3]。在美國,電力公司的再生能源投資量是

CCS的11倍。殼牌公司環境安全執行副總裁受訪時表示,CCS的發展完全靠政策支撐,

技術雖創新卻離不開實驗室,離商業化還很遙遠[4]

 

成本高貴的CCS

 

就連熱衷興建CCS計畫、也擁有合適地質的美國,傳統火電廠的成本也已高於未受補助

的再生能源,更何況再加上CCS的建設成本。若以煤電廠來看,加上CCS的成本負擔約

25美金/千度[5],與再生能源的距離又更遠了。據美國能源資訊署(EIA)的預測,2020

年時的CCS電力均化成本(LCOE)高達144.4美元/千度[6],但現在的再生能源就物美

價廉。

傳統電廠的成本也已高於未受補助的再生能源,更何況再加上CCS的建設成本。來源:

LAZARD' S LEVELIZED COST OF ENERGY ANALYSIS—VERSION9.0,LAZARD。

 

在能源轉型的德國,就連向來偏貴的離岸風電成本也逐漸下滑,最早可在2020年時擊敗

配有CCS的天然氣與硬煤電廠。早在2012年,德國學者就做出該國不需採用CCS的結

論。[7]

 

英國政府於去年取消了十億英鎊的CCS預算,前首相卡麥隆暗示CCS技術沒有作用,而

相關計畫的發電成本也將比德國的再生能源昂貴。英國首個CCS計畫的差價合約

(CfD)電價預估在150英鎊/千度以上,但再生能源的電價現在就已低於85英鎊/千度

[8]。儘管英國能源技術研究所(ETI)今年剛發佈了CCS成本可望降低45%的報告,但

做法依然是基於大規模建廠,而非技術的商業化[9]。煤電與CCS的搭配成本已高漲至

130歐元/千度以上,這種成本消長趨勢在國際間很明顯。[10]

 

碳價與碳的價值

 

碳捕捉的成本昂貴,但分離出的碳售價卻很低。就算是新型超臨界粉煤機組(SCPC)

的碳捕捉成本也要超過30美金/噸,但目前碳價在美國約13美金/噸,在歐盟低於5歐元/

噸,可謂得不償失[11]

 

歐盟的碳權憑證發得太多,已是供過於求[12],使得碳價於20年內都難以翻身。若再生

能源蓬勃發展,碳的價值也會越低,歐美的CCS計畫無法在近未來依靠賣碳而多些收

入,持續賠本的可能又增加了。

 

投資CCS計畫的決策時常胎死腹中,不過在美國、中東較易成局,這是因為該地能就近

將碳賣給石油開採廠商(EOR)。但就連在美國,也有CCS計劃所售的碳太貴而乏人青

睞。歐洲的投資計畫也多被延後或取消[13]。麻省理工學院的研究預言,設立了碳排量

標準的國家會棄煤而改用天然氣,而非轉投資CCS計畫[14]

 

CCS減碳不如綠能

 

CCS的成本過高,收入又低,全靠政府補貼。政府與機構繼續研究與投資CCS計畫的主

因,來自於它能減碳的想像。但CCS計畫發展不力,每年只能省下4千萬噸的二氧化碳

[15],就算未來規劃全都落實,也只能為地球減下8千萬噸的二氧化碳。根據國際能源署

(IEA)估測,若希望全球增溫於2度以內,CCS每年必須省下約16.7億噸二氧化碳

[16],但這個願景恐怕過於理想。事實上,由於CCS技術發展遲緩,國際能源署已調降

它的減碳貢獻程度。

 

同樣根據國際能源署,再生能源的減碳效果才是最突出的,節能次之[17],二者與CCS

的差距在2030年時已很顯著。憂心環保的工廠或企業採用CCS技術所節省的碳排量貌似

驚人,但投資成本低廉的綠能及購買綠電的效益更龐大,精打細算的企業主應考慮二者

的成本差異。由氣候組織(The Climate Group)推行的「RE100」計畫號召知名企業響

應「百分之百採用再生能源」,例如:沃爾瑪(Walmart,美國跨國零售企業)企圖於

2020年前生產70億度綠電、Google欲在2025年前加購三倍的綠電、NIKE自行生產綠

電,也鼓勵合約工廠使用與協尋再生能源。管理龐大工廠的計畫參與者,總共在製造部

門消耗了50%的再生能源電力。而這些牽動世界命脈的跨國企業認為,採用再生能源才

是最直接了當的減碳之策,而非「CCS 100」。

 

與火力電廠配合的CCS計畫意在降低發電碳排量,再生能源卻能直接取代火力電廠。在

美國,透過再生能源配給制度(RPS)所省下的二氧化碳當量就有5.9千萬噸/年,其中

絕大多數都是基於綠電取代火電。[18]

 

台灣的碳排量比例佔不到全球1/%,採用缺乏經濟效益的CCS計畫減碳也難以真正為地

球做出貢獻,不如藉著打造綠能與節能計畫降低最多碳排量,不但能塑造商業規模,又

適於國家外交宣傳,一舉三得。

 

CCS相伴的火電依然有害

 

CCS計畫固然能為個別火電廠降低碳排量,但仍遠高於再生能源。這種看似低碳的宣傳

延長了化石燃料產業的壽命,對環境依然不夠好。[19]

 

聯合國環境規劃署認為,就算搭配了CCS計畫,火電廠在公共衛生和人體健康的負面影

響依然遠大於再生能源,對水質、土地等的毒害亦同。[20]

 

此外,發展CCS技術更有可能讓世界耗用更多化石燃料。就算我們決定讓全球增溫少於

2度C並依此遵守碳排量的總額限制,CCS計畫所降低的碳排量反而能容許更多化石燃料

遭到開採。根據倫敦帝國學院(Imperial College, London)永續天然氣研究所分析,化

石燃料能借助CCS的應用於35年內增加11%開採量[21]

 

但自然科學期刊(Nature)的一篇研究指出,若想控制暖化少於2度C,需讓88%的全球

煤炭蘊藏量長眠地下[22]。在考慮CCS技術的負面影響與對廠商的「產業價值」後,制

訂國家能源戰略的方向應該很明確了。

 

碳儲存未解的疑問

 

發展CCS計畫需就近尋找合適的地質,但台灣的地理環境卻被全球碳捕獲與封存研究院

(Global CCS Institute)評為「受限」。筆者希望我國政府能仿效歐洲公開具體的地質

資訊,以供各方評估。

但台灣的地理環境卻被全球碳捕獲與封存研究院(Global CCS Institute)評為「受限」

(黃色),可能不適合大量發展CCS計畫。來源:The global Status of CCS | 2015,

Global CCS Institute。

 

根據麻省理工學院研究所言,碳儲存成功與否難以確知,需要詳加調查電廠附近是否有

足夠的油氣儲集層,以供長期存放鉅量的二氧化碳。此外,在儲集層內注入二氧化碳可

能引發小地震而改變地下環境,進而導致二氧化碳逸散。史丹佛大學的研究還認為,大

型CCS計畫的風險不但很高,也因為儲存的問題難解而無法成功應對氣候變遷[23]

 

結論

 

儘管歐盟等政府與國際機構皆為CCS技術美言再三,但它帶來的經濟效益與減碳效果頗

為遜色。這種難以商業化的技術乍看潔淨,卻是為了高污染的能源服務,並非人類之

福。減碳固然是全球趨勢,但務實地說,台灣的碳排量佔不到全球1%,推動CCS計劃也

不如中、美等排碳大國執行的力道強。更何況CCS技術並非國際減碳主流,面對來勢洶

洶的再生能源實在缺乏勝算。希望台灣政府與社會能考量小國財源有限、再生能源蘊藏

量豐富的現實,全力推動符合在地產業與環保所需的再生能源政策,而不是分散資源於

難以減碳的CCS計畫。

 

【註解】

目前全球營運中的大型CCS計畫只有15件。在北美,營運中的CCS計畫有10

件,但遭終止或延後的就有18件。這樣的窘況在全球皆然。

資料來源:Carbon Capture& Sequestration Technologies @ MIT Date modified March

31, 2016

以總量來看(左圖),CCS的計畫數目漸漸減少,規劃與評估的動機也有減弱的跡象。

營運中(右圖)的CCS計劃多是用以處理天然氣製程。

 
資料來源:Bridging the gap: improving the economic and policy framework for carbon

capture and storage in the European Union, Grantham Research Institute on Climate

Change。 

 

與風能、太陽能相比,全球CCS的投資極少。

資料來源:SaskWind。

 

 Is Europe failing energy innovators?

美國電力產業投資於商用再生能源的比例是66%,CCS是11%。

資料來源:2016 STATE OF THE ELECTRIC UTILITY SURVEY,Utility Dive。

 

若以煤電廠來看,多負擔CCS的成本很高,約25美金/千度。

資料來源:SEEING IS BELIEVING: CREATING A NEW CLIMATE ECONOMY IN THE

UNITED STATES,World Rescorces Institute。

美國能源資訊署預測,2020年時的CCS電力均化成本將高達144.4美元/千度。

 

資料來源:ANNUAL ENERGY OUTLOOK 2016,EIA。

德國的離岸風電(藍線)成本最快在2020年能低於配有CCS的天然氣(橘虛線)與硬煤

(黑虛線)電廠。

 

來源:Integrated assessment of carbon capture and storage(CCS)in the German

power sector and comparison with the deployment of renewable energies,Peter

Viebahn,Vallentin Daniel,Höller Samuel。

 

Prime Minister implies CCS technology 'isn't working'

 

CCS計畫的差價合約(CfD)價格:Lessons Learned - Lessons and Evidence Derived

from UK CCS Programmes, 2008 – 2015,Carbon Capture & Storage Association

Contracts for Difference(CFD)Allocation Round One Outcome,DECC

 

儘管英國能源技術研究所(ETI)發佈報告CCS成本可望降低45%,但是基於大規模建

廠來降低成本。 REDUCING THE COST OF CCS,ETI

 

2014年,Agora智庫估計英國的CCS成本將比德國的再生能源昂貴。

資料來源:Comparing the Cost of Low-Carbon Technologies: What is the Cheapest

Option?,Agora。

國際間的能源成本消長趨勢很明顯,煤電與CCS的搭配成本已漲至將近130歐元/千度以

上。

資料來源:The Power Market Pentagon,Agora。

 

各地區的碳價查詢:http://www.ghginfo.org.tw/cbprice1.php

 

美國碳捕捉成本:CCS COST NETWORK 2016 WORKSHOP,IEAGHG

 

歐盟的碳權憑證發得太多,供應過剩的累計量(藍色)已大於需求量(灰色,每年預估

碳排量)。

資料來源:The Power Market Pentagon,Agora。

 

投資CCS計畫的決策時常胎死腹中。

資料來源:The global Status of CCS 2014,Global CCS Institute 

 

 

麻省理工學院的研究指出,美國CCS計劃的碳太貴而乏人青睞;設有碳排量標準的國家

會棄煤而改用天然氣,而非轉投資CCS計畫。資料來源:Rethinking CCS - Strategies

for Technology Development in Times of Uncertainty,Jan Eide MIT Energy Initiative

 

22件CCS計畫每年只能省下4千萬噸的二氧化碳,就算未來規劃全都落實,也只省下8千

萬噸,離國際能源署為CCS設置的450情境減碳目標仍遠。資料來源:Global Status of

CCS:2015,Global CCS Institute。

 

國際能源署預估,若希望地球的上升溫度在2度以內,CCS在30年內必須省下約16.7億

噸二氧化碳/年,累計約500億噸。資料來源:Energy Technology Perspectives 2015:

Mobilizing Innovation to Accelerate Climate Action,IEA。

 

再生能源(綠色)的減碳效果最優秀,節能(藍色)次之,核能與CCS分列第三與第

四。

資料來源:Tracking Clean Energy Progress 2015,IEA。

 

美國的再生能源已在2013年成功降低了3.6%的火力電廠發電量。透過再生能源配給制度

(RPS),2013年的美國所省下的二氧化碳當量就有5.9千萬噸,其中多數都是基於綠

電取代火電。資料來源:A Retrospective Analysis of the Benefits and Impacts of U.S.

Renewable Portfolio Standards,NREL。

 

CCS計畫固然能為個別火電廠降低碳排量,但仍遠高於再生能源。

資料來源:GREEN ENERGYCHOICES: THE BENEFITS, RISKS AND TRADE-OFFS

OF LOW-CARBON TECHNOLOGIES FOR ELECTRICITY PRODUCTION,UNEP。

 

(上圖)搭配CCS的火電廠在公共衛生和人體健康的負面影響遠大於再生能源。(下

圖)搭配CCS的火電廠對水質、土地等的毒害遠大於再生能源。

來源:GREEN ENERGYCHOICES: THE BENEFITS, RISKS AND TRADE-OFFS OF

LOW-CARBON TECHNOLOGIES FOR ELECTRICITY PRODUCTION,UNEP。

 

CCS的應用能在2050年前讓化石燃料增加11%的使用量,在2100年前增加32%。

來源:CAN TECHNOLOGY UNLOCK UNBURNABLE CARBON? WHITE PAPER,

Sustainable Gas Institute,Imperial College London。

 

自然科學期刊(Nature)的一篇研究指出,若想控制暖化少於2度C,需讓88%的全球煤

炭蘊藏量長眠地下:Roadmap for A Renewable Energy Future,IRENA

 

The geographical distribution of fossil fuels unused when limiting global warming to 2

°C,Christophe McGlade & Paul Ekins

 

Earthquake triggering and large-scale geologic storage of carbon dioxide,Mark D.

Zobacka and Steven M. Gorelickb,Stanford University

 

 

【參考資料】

「2016能源技術展望:邁向永續都市能源系統」重點評析

國際能源署2016年的能源減碳貢獻估計圖表可參考下列網址。

能源效益的減碳貢獻度略減為38%,再生能源提升至32%,CCS降低為12%。

冰島新研究將二氧化碳變礦石 是環保突破還是假像?

 

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