Q&A

綜合性

CCS是二氧化碳的捕集和封存的英文縮寫(Carbon Capture and Storage)。CCS是一種技術概念，用以減少二氧化碳的排放量。該技術適用於二氧化碳排放量高的大型工廠和化石燃料電廠。使用CCS技術將二氧化碳從工廠和發電廠的煙道氣中移除，然後注入至深層的地底下，而非直接排放到大氣中。
碳捕集和封存是在燃燒過程中的二氧化碳（CO₂）提取技術組合的通用名稱，透過壓縮和運輸到安全的地質位址，如鹽水地層或枯竭的石油和天然氣田。它提供了大型燃煤電廠集中處理溫室氣體，CCS在這些情況下，有可能減少高達90％的二氧化碳排放量。
CCS是目前最先進的技術，且不需要大幅改變現有的發電技術或是變更當前的社經制度，就可以消除大量的人為CO₂排放量，它被視為是能夠過渡到低碳經濟的關鍵技術。

CCS可區分為捕集、運輸及封存等3項技術：

首先，從工廠、燃煤及天然氣發電廠的煙道氣中移除或分離二氧化碳，這就是所謂的CO₂捕集。
將二氧化碳運輸至一個合適的封存地點，可能有管線、槽車及船舶等運輸方式。
二氧化碳注入到一個合適的深層地底封存地點。該封存地點必須確保地質構造無洩漏之風險。

國際上發展碳捕存之原由：
- 屬減緩氣候變遷選項之一
- 各國減碳目標
- 能源條件(以化石燃料為大宗)
- 附帶經濟效益(技術研發及專利、CO₂再利用、可能延伸碳市場)
- 使2050年全球溫室氣體排放量減少至2°C情境(2DS)目標下，碳捕存技術所貢獻之減量效果占9%，為貢獻量最大的單一減量技術
世界各國都已經開始二氧化碳捕獲與封存計畫，先進國家(美國、歐盟及澳洲)及鄰近的日、韓、中國大陸都已開始進行。全球CCS研究所(GCCSI)發佈之”CCS全球現況”年度報告，該報告提出2019年有51個大型規模的整合專案(LSIPs；large–scale integrated projects)正在規劃、建造及運轉中。

全球暖化是當今人類面臨最大的挑戰之一。減少造成全球暖化的溫室氣體排放為至關重要的。最明顯的解決方案為以再生能源取代化石能源(煤炭、石油和天然氣等)，以及提高能源效率。但這些方案短期內無法立即對於減少溫室氣體排放有所貢獻。IEA發表的2019年世界能源展望(World Energy Outlook 2019)報告指出，若要使2050年全球溫室氣體排放量減少至2°C情境(2DS)目標，需藉由能源效率提升、再生能源發展及碳捕存等溫室氣體減量技術，其中碳捕存技術所貢獻之減量潛力效果將占9%，在2019年至2050年之間，每年捕獲和永久封存的二氧化碳平均量為每年15億噸；到2050年，每年捕獲和永久封存的二氧化碳總量將達到28億噸；捕獲的二氧化碳量幾乎平均分配給電力部門和工業部門，包括鋼鐵生產、水泥生產、精煉廠和上游油氣生產。

目前全球能源仍以化石燃料為主，導致達成CO₂減排目標的腳步稍嫌緩慢，再生能源亦無法全部取代化石燃料，發展CO₂捕集及封存(CO₂ Capture and Storage, CCS)技術可減少化石燃料產生之碳排放量，因此CCS技術已成為國際減碳之重要發展之一。

只依靠再生能源(綠電)與節能減碳作為溫室氣體減量的方案可能還不夠，還須搭配CCS這項被視為重要的排放減量技術。

CCS適用於所有固定的二氧化碳排放源，包括煤炭和天然氣發電廠、煉油廠、鋼鐵廠以及水泥廠。

從物理角度上看是不可能的。二氧化碳在任何情況下不會爆炸與氣爆且也不會燃燒。

CCS是一項新技術，到目前為止雖然已在實驗室和示範工廠進行試驗。但倘若CCS技術須達到成熟且具有成本效益的大型工廠和燃煤電廠，仍須要一些方法協助。

科學家和工業界認同，為獲得更多的知識和經驗，下一步務必須建造大規模的二氧化碳捕集與CO₂的運輸和封存廠。

在大多情況下，新技術開發將分為三個階段：第一階段是理論階段，藉由研究以驗證基本原理。第二階段是進一步技術發展，這規模通常是小型模型或示範廠(Pilot)，當示範廠照原定計劃進行，則下一個階段為建立一個全尺度的試驗工廠(Demonstration plant)。運轉試驗工廠獲得的經驗和知識，將形成此技術最後的調整和改善的基礎。如同其它新技術，CCS開發過程也需如同上面所述流程。

捕集

二氧化碳捕集廠運轉需要大量的能源。如果燃煤電廠搭配二氧化碳捕集裝置，則電廠需額外的提供能源給二氧化碳捕集裝置使用。電廠在加裝碳捕集與封存設備後，因二氧化碳分離須消耗大量電能及熱能，淨發電損失可達15~30%。因此現階段開發低能耗的捕集技術仍是全球努力的方向。

傳統燃煤電廠的煙道氣成分包含約10％的二氧化碳，剩餘的90％主要是氮氣和水蒸汽。因此二氧化碳在注入前，必須將其從煙道廢氣中分離，因為封存必須注入純化且超臨界狀態的CO₂。

碳捕集技術是CCS過程中成本最高的部分，其成本約占70%，因此降低二氧化碳捕集成本及能耗成為捕集技術發展最重要課題。
目前各種碳捕集電廠仍處在試驗階段，燃煤加碳捕集(SC+CC)發電成本約為每千度電100美金，燃氣加碳捕集(NGCC+CC)發電成本每千度電接近140美金，與核能發電相比，其成本仍相對高昂。隨著2020年之後碳捕集電廠陸續開始商業運轉，預期成本將快速下降，至2030年燃煤碳捕集之發電成本預期將降至每千度電80美金左右(約為每度電2.4台幣)，與核能發電之成本相當，期望2035年後燃煤碳捕集成本更將較核電為低。

封存

根據IPCC 建議，良好的CO₂ 地質封存場址包括：枯竭油氣田、煤層、鹽水層等。二氧化碳於灌注井井口加壓後，以高於岩層岩壓的壓力，注入深於800 公尺的岩層孔隙中。靠近CO₂注入點的岩層，因CO₂ 灌注壓力高於岩壓，注入的CO₂ 將會推開原本充填於岩層孔隙中的地層水，使得灌注點附近的大部分孔隙被二氧化碳填滿。於灌注點處的CO₂ 呈類似於液態的超臨界相態，其密度較地層水低，當CO₂遠離灌注點且灌注壓力影響小時，此處的CO₂ 將會往上漂浮、移棲，直到碰到厚層緻密的蓋岩（一般為頁岩），才會停止往上移棲，並開始往儲集層兩旁移棲。最後CO₂ 將移棲至封閉構造的最高點（如背斜構造的軸部），或受到側向滲透性差的岩石阻擋（如厚層斷層泥），而停止移棲並長久駐留於地下。
就二氧化碳地質封存機制而言，可細分為結構、水力、溶解及礦化等4種。結構封存機制主要是利用具阻絕特性的特殊地質構造及其下方的地層空隙，作二氧化碳的地質封存。水力封存機制主要是利用地層緩慢的水力傳導特性，延緩二氧化碳在岩層及地下水中的遷移速度。溶解封存機制是利用二氧化碳在地下水中的溶解特性，提升二氧化碳的封存量及封存穩定性。礦化封存機制則是利用二氧化碳與地層環境中的其他物質產生化學反應，形成固態的次生礦物，提升二氧化碳的封存量及封存穩定性。

若封存場址經過仔細篩選和評估，則二氧化碳封存是安全的。為了安全地封存二氧化碳而無洩漏疑慮，封存場址必須有防止二氧化碳洩漏至地表的地質特性。一般來說，這樣的地質具有以下特性：具開放孔隙能儲存二氧化碳，以及儲存層上方具堅實的蓋岩(cap rock)防止CO₂向上移動。但倘若有一個小裂縫可能會導致二氧化碳洩漏到地表。因此，在封存地點開始灌注CO₂之前要進行詳細的評估，以確保地層無任何裂縫而導致二氧化碳洩漏。

CCS 封存確有引發小規模地震的可能，主要是因為灌注二氧化碳到地層深處後，成為高壓流體所造成地層破裂而產生輕微的震動。當岩石受到外來應力作用時，隨著變形能量的累積，會逐漸彎曲變形，當變形能量超過所能承受的強度時，岩石會在應力集中處破裂或產生斷層滑動，累積的變形能量就會以震波的形式釋放出來造成地震。此種震動非常小，而且發生在很深的位置，人體完全不會有感覺。事實上，科學家就是利用這種地層內有擾動的特性，進行地層監測，以確認二氧化碳是有效的被封存在地層內。另，在注儲工程的安全設計之下，向地層注入二氧化碳，不會使已經存在的斷層有在活動的可能。根據美國國家能源實驗室（NETL）顯示，目前全球尚未有任何 CCS 封存示範或商轉項目有誘發地震的紀錄。

根據IPCC的研究指出，如果審慎選擇有適當蓋層保護的封閉構造，或深層鹽水層，則地質封存的二氧化碳幾乎不可能發生突然釋出的危險。
首先必須確定二氧化碳只注入在擁有良好的場址特性調查及分類為安全區域之場址。
一個安全的封存場址表示，二氧化碳將被注入至地底的多孔隙岩石並儲存於孔隙中，而二氧化碳可能會試圖向上移動，但上方會有一層或多層的蓋岩層擋住，以防止二氧化碳向上移棲。
封存二氧化碳方式與已儲存數百萬年的石油和天然氣是相同的機制。事實上，石油和天然氣已被阻隔在地底下數百萬年是一個很好的跡象，表示二氧化碳也能使用類似的方式安全地存儲。
當然無法保證二氧化碳永遠不會洩漏，只是二氧化碳封存地點一定在洩漏風險非常低的地方。但即使在發生洩漏風險極低的場址，其監控、驗證機制(MMV)和例行程序仍是必需的以防止洩漏發生。

如果在封存時二氧化碳洩漏，最為可能的情形是二氧化碳會透過注入井的裂縫洩漏出來。出現這種情況時，注入井必須關閉並以水泥密封。

二氧化碳地質封存係將二氧化碳注入既有的地層孔隙中，注入流體之壓力並無誘發地震可能。再者，台灣地處板塊活動程度高之地區，千萬年來不斷經歷大小規模之地震，每年平均有感、無感地震高達上萬次以上，即使是民國88年的921大地震，主要的破壞變形均發生在地表，對於存在地底下數千公尺深處的油氣構造並無逸漏，顯示油氣田的地下構造並不會因地表的形變而發生洩漏，更不會因為地震就產生毀滅性的洩漏。
加上封存場址之必要擇條件之一為絕不能位於於斷層高密度區域，因此可避免地震產生洩漏之問題。

二氧化碳被灌注到非常深的地底，上方還有很多岩層覆蓋，要跑出來須通過層層關卡，因此二氧化碳不太可能大量漏出。加上岩層的孔隙很小，二氧化即使洩漏出來也只有很少的量且速度很慢，很快就會消散在空氣中。
地表影響：
1. 對人類影響：
  - 二氧化碳只有在濃度非常高時才對人體有害。
  - 當濃度達到50000ppm(5%)時會使人感到頭痛、頭暈與噁心
  - 若暴露在超過這樣濃度的時間過久，特別是空氣中的含氧濃度低於人類所需的16%，可能會造成窒息死亡。
  - 封存場址均會選擇於空曠平坦地區，而二氧化碳若洩漏到開放空間或平坦區域中，即使只有微風吹拂，它仍然很快就會消散在空氣中。
2. 對陸地生態影響：
  - 對植物的影響：當土壤裡的二氧化碳濃度超過20-30%範圍時，可能會殺死某些植物。不過即使是這樣，影響只會侷限在很小的範圍內，距離幾公尺以外的植物仍會維持原有的健康強壯。
  - 對地下水質的影響：可能會讓水質酸化，且地下含水岩層中可能會釋出一些物質。但就算二氧化碳會洩漏到飲用水層，影響範圍還是很小。
  - 對岩石完整性的影響：地下水的酸化可能會溶解岩層，因此降低岩石結構的完整性或在岩石中形成坑洞。但是這樣的影響只會出現在很特殊的地質條件下(例如地質構造活動劇烈、高流動含水層或碳酸鹽含量高之礦物) 。
3. 海洋生態影響：
  - 對海洋生態系統來說，二氧化碳洩漏主要的影響會是讓區域的PH値降低，影響的主要對象是居住在海床面且無法搬離的動物。但是，這樣的影響範圍是有限的，且當洩漏的狀況緩和後，生態系統很快就可以復原。

2005年IPCC制定「二氧化碳捕集與儲存特別報告（SRCCS）」，該報告指出CCS的方法與對溫室氣體減量的重要性。CCS的原理是儲存CO₂深於約800公尺的岩層中，高壓環境使二氧化碳處於高密度的超臨界狀態，而成為「流體」，這種二氧化碳被注入到大量開放孔隙相互連通的儲集層中，流體可以在其中流動並儲存於空隙。地質儲存主要利用深地層環境來儲存二氧化碳，使二氧化碳安定存在於地層中達千年以上。

在注入井方圓範圍內務必須要有3~4支監測井，以監控CO₂移棲情況。測量、監控和驗證機制(MMV)是一個跨領域技術，提供CCS專案管理者應用於整體專案活動時各種監控機制，MMV能測量各種參數，以追蹤CO₂移棲情況。

為加速我國CCS技術發展且以不影響環境為原則，擬訂定試驗性計畫封存規模之管制門檻，進而驗證地質條件及可行性評估，做為後續商業化的科學數據及技術發展基礎。
美國環保署2010年底於飲用水安全法之地下注入控制方案(Underground Injection Control Program)，新增了第六類(VI)注入井的規定，以進行二氧化碳注入地質層的管制，此外有關碳封存之量化申報方面亦需依循美國清淨空氣法之強制性溫室氣體申報規定辦理。未來將參考美國環保署相關規範內涵作為我國規範研訂之方向。

重要專有名詞解釋

岩石體積中沒有被礦物填滿的百分比，這些沒有被填滿的部分稱為孔隙，能夠充填流體。深層岩石中的孔隙一般填滿鹽水，但也可能是充填石油或天然氣，例如甲烷氣或自然產生的二氧化碳。

含孔隙岩石傳送流體的特性或能力，用來評量在一定的壓力梯度下流體流動的容易程度。

評估流體( 例如二氧化碳)灌入地質構造的容易程度，定義為井底內灌注點與地質構造的每單位壓力差之灌注速度。

擁有適當孔隙率與滲透性，可用來封存二氧化碳的岩層或沉積層。砂岩與石灰岩是最常見的封存岩層。

低滲透性且連續的地質單元(石油工程學中所稱的蓋岩層，或水文地質學中的弱透水層或阻水層)，其隔絕緊接其上或其下的封存單元，並且構成一個有效的屏障，對抗從封存單元的流體逸失。

因為二氧化碳灌注引起封存層壓力升高，可能會在特定的情況下增加微地震活動與小規模的地表位移情況。可使用微地震活動監測技術以及遙測方法( 從飛機或衛星來監測)來量測非常微小的地表變形。

將二氧化碳注入到其中的地質單元(例如，枯竭的油氣田或深地下鹽水層)之深度。

透過鑽掘形成的圓孔，特別指小孔徑的深井，例如油井。

對於在篩選及評選階段所辨認到的一個或多個二氧化碳封存候選場址的精細評估過程，以確認及推敲封阻完整性、儲存容量與注儲率估計，並提供進行流體流動、地球化學反應、地質力學效應的初始模擬，以及風險評估、監測和查核程序設計所需的基本資料。