前言
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探索碳移除的新契機
隨著全球對氣候行動的要求升高，將碳移除納入現有工業流程與價值鏈的需求與誘因正變得愈發明顯。這不僅有助於企業拓展業務、提升效率，也能因應日益嚴格的環境規範。在這場穩定氣候的競賽中，傳統產業正被重新定位為重要的參與者。具前瞻性的企業領袖，已開始投資各種符合其運作模式的碳移除技術。本文聚焦於碳移除與各產業間的結合潛力，探討整合帶來的經濟與環境效益。我們將逐一分析不同產業如何與碳移除產生協同作用、可能遇到的挑戰、可擴展性，以及推動落地所需的關鍵條件。本篇報告將聚焦於探討碳移除與封存技術在海水淡化產業中的整合潛力。
海水淡化，指的是從海水中去除鹽分與雜質，產出可供飲用或工業使用的淡水。除了紓解缺水地區的供水壓力外，這項技術也展現出令人矚目的氣候潛力——不但有機會從大氣中移除 CO₂，還能將其轉化為穩定形式加以封存。
由於海水淡化廠每天不間斷地抽取、過濾與處理大量海水，這些流程為「水基碳移除技術」的導入創造了良好條件。同時，淡化過程產生的大量高濃度鹵水，也可用於進行 CO₂ 的碳酸化反應並加以封存。
當前最節能的海水淡化設施，多採用反滲透（RO）技術，將海水分離為可飲用的淡水與鹽度約為原海水兩倍的鹵水。全球每天有超過 1.5 億立方公尺的海水經由此類設施處理，總含鹽量超過 500 萬公噸，其中除了氯化鈉（NaCl），還含有大量的鎂與鈣離子，可透過電化學反應進一步轉化為具經濟價值的材料。
目前，海水淡化產業正以每年 6% 至 12% 的速度快速成長，其中中東與北非地區為全球主要產能集中地。隨著全球暖化加劇、極端氣候事件頻繁，加上人口增長導致用水需求攀升，預期此產業將持續擴張，涵蓋更多地區。
根據預估，至 2030 年全球淡水資源缺口可能高達 40%。公私部門對海水淡化技術的興趣也日益升高，同時也投入發展降低鹵水排放衝擊的創新技術。而部分碳移除與封存路徑正是仰賴鹵水作為反應原料，不僅有助於減緩排放對環境的負面影響，也能更有效利用這些副產品。
海水淡化不只製水，也能成為碳移除與封存的關鍵平台
將碳移除技術與海水淡化結合，正在成為氣候科技中的一大突破。透過電化學程序處理海水淡化所產生的鹵水，不僅可從中移除 CO₂，還能進一步將其轉化為有用資源。以下是目前可與海水淡化設施整合的碳移除與封存技術：
- Direct Ocean Capture（DOC），又稱「海洋 CO₂ 剝離」，是直接從海水中移除已溶解的無機碳（dissolved inorganic carbon, DIC）形式的 CO₂。原理與 Direct Air Capture（DAC） 類似，只是 DOC 的捕集對象是海水中的 CO₂。透過電化學方式，海水被分離為酸性與鹼性兩股流體。酸性流體的低 pH 值可將 DIC 轉化為可捕捉的溶解 CO₂；接著，再將這股流體與鹼性流體重新混合，產出含碳量較低、pH 稍高的水體，有助於未來再度吸收大氣中的 CO₂。
- Electrochemical Ocean Alkalinity Enhancement（eOAE），即「電化學提升海洋鹼度」，或稱 Electrochemical Alkalinity Production（EAP），是透過電化學方法將海水分解為酸與鹼，再將鹼性水體釋放回大海。這可輕微提升海水的 pH 值，進一步增強其吸收大氣 CO₂ 的能力。不過，產出的酸性副產物仍須進一步妥善處理、再利用或封存。
- Direct Air Capture（DAC） 也能結合鹵水進行，方式為透過電化學程序分離出鹼性流體，讓其與空氣接觸並主動捕捉 CO₂。捕捉後可選擇：將 CO₂ 濃縮成氣體後封存、透過中和形成穩定的碳酸氫鹽後釋放，或與鹼性材料反應生成固態碳酸鹽。若產出的是固態碳酸鹽，此過程亦稱為「電解式海水礦化」（electrolytic seawater mineralization）。
- 碳封存 的另一選項，是利用鹵水中豐富的鈣與鎂離子與濃縮 CO₂ 發生反應，調整 pH 值後可生成碳酸鹽礦物。這些礦物不僅穩定，還能應用於混凝土等建材製造，實現封存與資源化兼具的效果。
目前，這些碳移除技術大多處於實驗階段，正在沿海地區的設施中透過試點計畫與首創型專案推進，技術成熟度已達 TRL 6 級以上。這些專案不僅有助於驗證技術可行性，也能評估其安全性與效能，是實現規模化應用的重要步驟。未來仍需更多試驗性與示範性項目，特別是能直接整合進海水淡化設施的應用場景，以進一步驗證與該產業的協同潛力並加速部署。不過，具備商業規模潛力的專案已漸漸成形。
碳移除與海水淡化的黃金組合：創造技術、成本與環境三贏效益
將電化學碳移除技術整合進海水淡化廠，不僅可提升整體效率，還能創造明顯的經濟與環境效益。主要的協同效益包括：
- 將鹵水升級為碳移除原料：海水淡化產生的高鹽度鹵水，是 eOAE、DAC，以及碳封存技術的理想原料，特別適用於無法地質封存的地區。使用鹵水取代一般海水可節省能耗、減少處理水量，並有效降低每噸 CO₂ 移除所需的能源強度。
- 共用基礎設施、節省能源支出：既有的抽水與預處理設施可直接支援碳移除程序，節省最多三成能源。對淡化廠來說，不僅可強化資產使用率，還能降低碳足跡，甚至透過碳權市場增加營收來源。
- 預處理步驟一兼二用，提升雙方效率：為保護反滲透薄膜，海水淡化廠原本就會先去除水中雜質與鈣鎂離子。這些程序對碳移除設備同樣重要，能延長設備壽命並提升操作效率。未來可考慮將兩者統整，進一步降低營運成本。
- 用碳移除「軟化」海水，為淡化節能：部分碳移除技術透過沉澱固態碳酸鹽的方式，去除水中的鈣鎂離子，等於同步完成「軟水」處理。若這道程序設在淡化流程前端，可進一步降低能耗。不過這會與封存效益產生權衡：提前軟化有助節能，但會降低鹵水濃度；延後處理則反之。
- 鹽分減量、酸化逆轉，一舉兩得：鹵水排放對海洋生態影響深遠。部分碳移除技術可有效降低排放鹽度與總量，甚至將鹽分轉化為鹼性物質，幫助中和海水酸化。不過實際成效視地點與轉化比例而定，目前已有試點計畫測試排放策略與海洋反應。
- 產業共同成長、擴建即整合：淡水需求快速攀升，海水淡化設施持續擴建。與其事後加裝碳移除設備，不如在新廠規劃階段就一併納入設計。針對既有廠房，多數碳移除新創採模組化設計，能快速併入既有系統、不影響營運，推動碳移除與水資源技術同步升級。
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