建築業中的碳移除技術與政策未來

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前言

之前介紹過碳礦化(Mineralization)的碳移除技術方法,也介紹過將捕捉到的二氧化碳封存於混凝土技術中的新創公司CarbonCure。而碳移除整體技術發展與建築產業的相輔相成方向,正好有Carbonfuture的新文章介紹。

Carbonfuture 是一家成立於2020年的新創公司,專注於建立更具信賴基礎的MRV架構,以促進碳移除的永續性和透明度。主要提供的服務為協助碳移除專案進行數位化MRV,以及提供高透明度的交易平台。

在開始之前,可參考我國建築淨零路徑規劃,一並瞭解國內外發展趨勢。

摘要翻譯

推動綠色未來:碳移除技術和政策將如何助力建築業減碳

在邁向淨零的進程中,建築與建設業的重要性不言而喻。2022年,全球溫室氣體排放中有 37% 來自這個領域,其中光是混凝土的排放就佔了 7%,在歐洲則佔 4%。混凝土是僅次於水的第二大消耗品,也是全球最常見的建築材料,每年生產量達 300 億至 500 億噸之間。換句話說,若要實現氣候目標,建築行業的減碳刻不容緩。而隨著各國經濟發展,對建築物的需求只會增加,全球新建建築的趨勢勢必延續。

碳捕捉與封存( CCS )雖被視為解決方案之一,但目前其成本仍過高,使水泥價格從當前每噸 90 至 130 美元提高到 2050 年至少 160 至 240 美元。雖然 CCS 的經濟效益未來可能改善,但短期內難以達到所需的減碳幅度。我們必須尋找更可行的替代方案。

這時,二氧化碳移除技術( CDR )登場了。CDR 涵蓋一系列方法,皆以從大氣中移除 CO₂ 並長期安全儲存為目標。這一領域正快速成長,市場預估將超過一兆美元,並預計在 2050 年前發展到每年可移除 5 至 10 億噸 CO₂ 的規模。作為對比,這一數量已超過目前每年逾 5 億噸的石油和天然氣行業。CDR 技術在建築行業去碳化過程中可能扮演至關重要的角色,提供多項互相協同的技術方案,並具體化為政策工具。

碳移除的建築創新途徑

過去幾年,一些極具創新的公司紛紛崛起,致力於協助建築行業減碳。主要有兩種核心途徑:

  1. 礦化技術:這項技術將 CO₂ 直接從沼氣/生質能源或直接空氣捕捉設施中提取,並加工成具有顯著低碳足跡的建材。礦化技術的主要優勢在於它幾乎可在任何地點應用,免去透過管道運輸 CO₂ 的高成本與民眾反感,促進在地循環的生產流程。

以下是一些範例:

  • Neustark:將液化的 CO₂ 注入粉碎的拆除混凝土孔隙中,轉化為穩定的碳酸鹽化合物。
  • Paebbl:CO₂ 與磨碎的矽酸鹽岩石及水進行低能耗化學反應,將氣態 CO₂ 轉化為碳酸鹽基材料(如石粉、混凝土複合物)。
  • CarbonCure:將 CO₂ 注入新拌混凝土中,與水泥中的鈣離子發生反應,生成碳酸鈣( CaCO₃ ),永久嵌入混凝土。
  1. 生物炭技術:此技術將生物質經由熱裂解轉化為穩定的生物炭,並用於製造低碳建材。生物炭的生產模式靈活多變,且附帶多重效益,包括降低野火風險、減少空污、提升土壤健康與作物產量等。此外,許多建築公司已擁有剩餘生物質的供應鏈,透過此技術可將廢棄物轉化為減碳資源。

以下是一些代表性案例:

  • ecoLocked:將生物炭加工後作為混凝土摻合劑,部分替代水泥和骨料,無需大幅改動混凝土生產程序。
  • CarStorCon:生物炭轉化為添加劑融入混凝土、瀝青或其他建材中,穩定地鎖住 CO₂,形成長壽命結構。
  • SolidCarbon:將生物質固體廢棄物流轉化為生物炭,並製成碳含量高的混凝土摻合劑,以長久封存生物碳。
  • Verde Resources:將生物炭與專利的乳化劑結合,形成共價鍵以增強瀝青,提升耐久度、降低成本並高效封存 CO₂。

利用碳移除技術去碳化建築業的最具潛力政策

如前所述,各家新創公司正致力於開發低碳建材的創新技術。然而,要在氣候上產生顯著影響,必須配合適當的政策措施。幸運的是,現已有可行的政策路徑。以下介紹三種:

  1. 歐盟碳排放交易系統( EU ETS )

碳排放交易系統( ETS )已成為全球範圍內推動去碳化的關鍵政策工具,尤其適用於高耗能產業。目前全球共建立了 36 個 ETS,涵蓋全球 18% 的碳排放量。規模最大的當屬歐盟 ETS( EU ETS ),涵蓋了歐洲 40% 的排放量,其中包括水泥生產在內的行業。

碳排放許可證( EUA )的價格近年來持續上升,目前每噸 CO₂ 的價格已約 70 歐元。根據倫敦證券交易所集團的預測,EUA 的價格預計在 2030 年達到 150 歐元/噸,2035 年達到 250 歐元/噸,並在 2040 年攀升至 400 歐元/噸。同時,歐盟執委會正積極制定一項法案,計劃於 2026 年中期發布,並於 2031 年起將 CDR 納入 EU ETS。隨著 CDR 成本預期在 2030 年代降至 200 歐元/噸以下,CDR 有望成為水泥業在 EUA 價格高漲下維持競爭力的具成本效益工具之一。

另外,關於永久性碳捕捉與利用( CCU )及 ETS 的法規草案已提出,該草案豁免了使用礦化技術生產的低碳產品(如混凝土或水泥)在 EU ETS 下的義務,目前僅使用化石燃料的 CO₂ 的產品需要被規範。未來若能涵蓋生物質類所產生的 CO₂ 產品,將為 ETS 中的企業提供更多 CDR 應用機會。

  1. 公共採購

政府資助的建築活動約佔整體建築產業 17% 的採購相關排放,其中水泥就佔了全球 4%。在資金投入方面也相當顯著,2023 年美國公共採購支出占建築總支出的 23%,混凝土項目占行業資金的 25%,這讓政府在建築行業中擁有極大影響力。美國 40% 的混凝土被用於公共工程,意味著政府採購在推動建材 CDR 應用方面具備巨大的潛力,並為 CDR 產業開創廣闊的市場機會。

紐約州的《低內含碳混凝土領導法案》( LECCLA )便是個成功範例。LECCLA 要求州政府設立全球暖化潛力( GWP )減少百分比的門檻,並且適用於州建設專案所使用的混凝土。所有用於州專案的混凝土必須符合該門檻,方可享有法案設立的績效稅收獎勵。門檻將由州政府機構每兩年進行檢討與調整,該法案的制定主要歸功於 Open Air Collective 的倡議行動,詳情可見此處

  1. 建築法規

根據國際能源署( IEA )的分析,要達成 2050 年的淨零排放目標,2030 年起所有新建建築都需達到淨零標準,而目前僅有不到 5% 的新建建築符合此標準。面對這項看似不可能的挑戰,唯一可行的應對方式是推行明確的自上而下建築法規。

歐盟於 2024 年 5 月 8 日通過的《綠色住宅指示》便是一例。該指示設定的目標是到 2030 年將建築領域的排放量比 2015 年降低至少 60%,並在 2050 年實現建築的去碳化與零排放。該法規要求,2030 年起新建建築必須符合零排放標準,公共建築則要在 2028 年達成,以確保歐盟建築在氣候上達到中和。條文中明確指出,「會員國也應處理與建築內外碳封存相關的碳移除問題」。目前,執行已交由歐盟的 27 個成員國,各國需制定相應法規以落實。德國率先通過相關立法,計劃在 2045 年前使全國所有建築達到碳中和。

另一項對歐洲建築業高度相關的政策是對《建築物能源效能指示》的修訂。此修訂將要求新建建築計算全生命週期碳排放,特別強調建材中的內含碳排放與碳移除的準確計算。此外,根據更新版《建築產品法規》,所有帶有 CE 標誌的產品都必須公開其在環境永續性方面的所有基本特性。這些政策傳遞了明確的訊號,要求建築產業提供數據,以證明其價值鏈如何管理碳排。

前進之路:在建築業中擁抱碳移除技術(CDR)

若我們要實現淨零排放,就必須針對水泥及建築產業進行升級。好消息是,已有多種具前景的方法和技術可以永久地將二氧化碳封存於混凝土、瀝青及其他建材中。儘管建築業中一些具前瞻性的公司已經開始合作,嘗試使用碳移除技術,並在產業價值鏈中推動簡化的碳盤查流程,但若要實現系統性、具氣候效益的碳移除技術應用,仍需要政策的支持來幫助這個產業減碳。

目前最具潛力的政策方向包括:

  1. 將碳移除技術納入排放交易系統
  2. 公共採購指南中要求或至少鼓勵使用負碳材料
  3. 訂立明確的建築法規,降低翻新建築的碳足跡,並確保自2030年起的新建築達到淨零排放

我們擁有所有需要的工具,現在是行動的時候了。

個人觀點

在建築淨零領域,目前產官學常見的討論焦點以及推動方案著重於節能。誠然節能需要花費許多心力與資源投入推動,而且還有許多進步空間。但以更長遠的發展方向來說,長期應該要有長期的格局,短期目標設定節能目標達到多少百分比很好,但長期目標與做法,若單純大篇幅地討論節能,忽略了生命週期中建設過程的碳排放量,以及老建築退役拆除或再生時產生的碳排放量,那其實離碳中和目標還很遙遠。

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