2025年碳捕捉與封存(CCS)技術發展現狀

前言

2025 年，目前碳捕捉與封存 (CCS) 技術發展到什麼階段了？

全球 CCS 協會推出 2025 技術報告，深入探討了多種碳捕捉、運輸和儲存技術，這些技術在應對氣候變遷和實現碳中和目標方面扮演著關鍵角色。這些技術的成熟度廣泛，從開發中（TRL 5-7）到已進入正常商業服務階段（TRL 9），許多技術已證明其商業可行性或正在進行大規模示範。

報告下載連結請參考官網。

碳捕捉技術

碳捕捉技術旨在從工業排放源或大氣中分離二氧化碳 (CO₂)。主要方法包括：

化學吸收法

• 概述：此類技術使用化學溶劑（通常是胺基或碳酸鉀）與 CO₂ 發生化學反應以捕獲之，是目前最成熟且廣泛應用的方法之一。
• 關鍵技術範例：
• • Air Liquide Chemical Absorption (Flue Gas and Syngas Amines)：TRL 8-9，捕獲效率高於 99%，適用於多種煙道氣和合成氣，具有低營運成本和高可靠性，並可與上游氣體生成整合以回收熱能。
  • Axens DMX™：TRL 8，捕獲效率 90-99%，使用獨特的「分相溶劑」，再生能耗較低 (1.8-2.7 GJ/tCO2)，並可將 CO₂ 壓縮至 5 barg，相較於傳統 MEA 技術，可降低 30% 的捕獲成本。
  • BASF OASE®：TRL 9，全球超過 500 個商業應用案例，捕獲效率高於 99%，其先進溶劑具有低再生能耗、高抗氧化性及低降解率，有效降低操作成本。
  • Capsol Technologies CapsolEoP®：TRL 7-8，捕獲效率 90-95%，使用熱碳酸鉀 (HPC) 溶劑，整合熱回收機制，能耗較胺基方案低，且為安全、無毒的綠色方案。
  • Entropy iCCS™：TRL 9，捕獲效率 90-98%，透過整合廢熱回收，其系統能源消耗可達 0 GJ/tCO2，具有模組化設計和高能效的 Entropy23™ 溶劑。
  • Shell CANSOLV CO2 Capture System：TRL 9，捕獲效率 98% 以上，具有 10 年以上的商業運營經驗，能耗極低，溶劑穩定性高，且排放量極少，適用於新建或改造現有工廠。

物理吸收/吸附與膜分離法

• 概述：這些方法利用 CO₂ 在特定溫度、壓力下與溶劑或吸附劑的物理相互作用或通過選擇性膜進行分離，通常能耗較低。
• 關鍵技術範例：
• • Air Liquide Cryocap™：TRL 7-8，捕獲效率高於 99%，是全球唯一具工業規模應用的低溫碳捕獲技術，可從氣流中同時回收 CO₂ 和有價分子（如 H₂、CO、CH₄）。
  • Air Liquide Rectisol™ and Recticap™：TRL 9，捕獲效率高達 99% 以上，使用低溫甲醇作為物理溶劑，能效極高且操作成本低廉，適用於氣化合成氣的淨化。
  • CO2CRC HyCaps：TRL 6-7，捕獲效率 90%，結合溶劑吸收與膜分離的混合技術，佔用空間小，再生能耗可降低 25-45%，且操作溫度較低。
  • Cool Planet Technologies Advanced Membrane：TRL 7，捕獲效率高於 95%，使用先進的 PolyActive™ 膜，成本可降低 50%，能耗降低 60%，且完全電氣化、不含化學品。
  • Nuada MOF-VPSA：TRL 6-7，捕獲效率高於 95%，使用專有的金屬有機骨架 (MOF) 吸附劑和真空技術，分離能耗可降低高達 90%，無需加熱，且佔用空間小。
  • Svante CO2 Capture Tech：TRL 7，捕獲效率高於 95%，採用固體吸附劑（MOF）和快速變溫吸附 (RTSA) 工藝，無毒副產品，能利用低品位廢熱，且循環週期極短 (約 1 分鐘)。

鈣循環/直接碳酸化

• 概述：這些技術利用鈣的碳酸化反應捕獲 CO₂，通常涉及高溫循環，並可直接從大氣或工業過程中捕獲。
• 關鍵技術範例：
• • 8 Rivers Calcite：TRL 6，是一種直接空氣捕獲 (DAC) 技術，利用鈣循環快速從空氣中移除 CO₂，具有低成本、低技術風險和極高可擴展性的優勢。
  • Sumitomo Heavy Industries CAL+：TRL 6，捕獲效率 90-95%，基於鈣循環捕獲技術，提供可擴展且可改造的後燃 CO₂ 移除系統，具有多產品收益潛力。
  • Tecnicas Reunidas SA Vacuum-assisted Calcium Looping (V-CaL)：TRL 5，捕獲效率高於 92%，再生步驟在近真空下進行，顯著節省能源，在煙道氣溫度高於 700°C 時甚至無需額外熱能輸入，且無需脫硫或 CO₂ 純化單元即可產出近乎純淨的 CO₂ (99.99%)。

氧燃燒/整合循環

• 概述：此類技術透過在純氧環境中燃燒燃料，產生高濃度的 CO₂ 氣流，使其更容易捕獲，通常將 CO₂ 捕獲內建於發電或生產過程中。
• • 關鍵技術範例： 8 Rivers 8RH2：TRL >5，CO₂ 捕獲率高於 99.5%，是一種超低碳氫氣生產技術，將 CO₂ 捕獲內建於流程中，避免使用有毒化學品或高能耗流程，且碳強度比 ATR+CCS 低 15-20%。
  • 8 Rivers AFC-C & Biome (Allam-Fetvedt Cycle)：TRL 6+，捕獲效率高於 97%，使用超臨界 CO₂ (sCO₂) 作為工作介質，可利用多種碳質原料，實現固有的碳捕獲，同時提供可靠、可調度的電力。
  • CEOX Power with Inherent Capture Technology：TRL 5，內建 100% CO₂ 捕獲，使用氧燃燒與巢式超臨界 CO₂ 發電迴路，所有元件均為成熟技術，可實現無排放的工業電力和熱能生產。

其他捕獲技術

• Carbon America FrostCC™：TRL 6，捕獲效率 90-99%，是一種低溫點源碳捕獲技術，無需溶劑、化學品或水，同時捕獲 NOx、SOx、重金屬和顆粒物，具備低資本支出和全電動化的優勢。
• CarbonQuest Distributed Carbon Capture System™ (DCCS)：TRL 9，採用固體吸附劑，模組化、可堆疊，佔用空間小，無需有毒化學品和大型塔樓，適用於小型到中型排放源 (1,000 至 300,000 噸/年)。
• W.L. Gore GORE® DeNOx Catalytic Filter Bags：TRL 9，將 SCR 催化劑嵌入膜濾袋中，透過乾式吸附劑注入和氨注入，在單一袋濾器中同時移除 NO、NO₂、SO₂、SO₃ 和顆粒物，具有低維護和低運營成本。

碳運輸技術

CO₂ 捕獲後需安全有效地從捕獲點運輸至儲存或利用地點。

壓縮與泵送 (Compression & Pumping)

• 概述：將捕獲的 CO₂ 壓縮至高壓或液化狀態，以提高運輸效率和安全性。
• 關鍵技術範例：
• • Baker Hughes CO₂ Compression & CO₂ Pumping Solutions：TRL 9，提供往復式、直列式、齒輪集成式離心壓縮機和離心 CO₂ 泵，可優化壓縮能耗，降低寄生功率，並能處理多種 CO₂ 混合物。
  • KOBELCO Integrally Geared Centrifugal Compressor：TRL 9，適用於高壓 CO₂ 應用，具有高效率和緊湊設計，能有效降低能耗。
  • Linde CO₂ Liquefaction, CO₂ Compression & Dehydration, CO2 Processing Unit (CPU)：TRL 9，提供全面的 CO₂ 液化、壓縮和乾燥解決方案，以及用於淨化 CO₂ 氣流的 CPU 技術，可處理多種雜質並達到不同純度要求。

管線與船運

• 概述：鋪設專用管線或使用船舶運輸 CO₂，考慮材料耐腐蝕性及運輸壓力/溫度。
• 關鍵技術範例：
• • Baker Hughes Offshore Flexible Pipes：TRL 9，在 CO₂ 應用中擁有 30 多年經驗，可縮短項目進度，並適用於動態 CO₂ 立管。
  • GAS VESSEL PRODUCTION Tanks for Compressed CO₂ Transport：TRL 9，提供全球最大的輕質壓力罐 (100-300+ bar)，無需液化或再氣化，降低能耗和純化要求，並支援公路、鐵路和海運多式聯運。
  • KNCC LCO2-EP (Elevated Pressure)：TRL 9，其 EP 工作壓力 (34-45 barG) 對 CO₂ 雜質有更大容忍度，且液化過程能耗較低，適用於遠洋運輸和直接海上注入。 NOV Composite Solutions for CO₂ Transport：TRL 9，使用玻璃纖維增強環氧樹脂 (GRE) 管線，具備卓越的耐腐蝕性，比鋼管更能降低碳足跡和安裝成本。

碳儲存與監測技術

CO2 的安全永久儲存與監測是 CCS 價值的核心環節。

地下儲存基礎設施

• 概述：開發和維護注入井、套管和密封件，以確保 CO2 永久封存於地質構造中。
• 關鍵技術範例：
• • Alleima CRA Tubulars for Downhole CO₂ Injection：TRL 9，提供耐腐蝕合金 (CRA) 油氣套管，適用於低溫和腐蝕性 CO₂ 注入環境，確保井筒完整性和延長使用壽命，其產品已在 Sleipner 等早期 CCS 項目中使用。
  • Baker Hughes Aptum™ Seal Systems：TRL 9，高性能彈性體密封件，可在低溫下保持優異的化學相容性，抵抗腐蝕抑制劑和硫化氫，延長密封壽命。
  • Baker Hughes PermaSet Ultra™ Cement System：TRL 9，專為 CO₂ 和 H₂S 環境設計的耐腐蝕水泥系統，不含波特蘭石，降低碳化和收縮開裂風險，確保長期封堵完整性。
  • Innovex Carbon Injection and Monitoring Wellheads：TRL 7-9，提供陸上、海上平台和海底注入井口，專為 CO₂ 注入的獨特風險（腐蝕性、低溫效應）設計，確保井口系統能夠承受低純度 CO₂ 和碳酸。

地質儲存與數位監測

• 概述：透過地質評估和先進的數位化監測工具，確保 CO₂ 儲存的安全性、有效性和可驗證性。
• 關鍵技術範例：
• • Carbfix：TRL 9，能在兩年內將 CO₂ 轉化為地下岩石，模仿並加速自然過程，提供最安全、最快速的礦物儲存方法，並適用於多種純度 CO₂ 流。
  • Carbon GeoCapture：TRL 8，透過安全、經濟、可擴展的流程，將 CO₂ 永久埋存於不可開採的煤層中，煤層可作為「碳過濾器」，降低對 CO₂ 純度的要求，從而顯著降低成本。
  • CNPC Multi-interface Real-time Monitoring System：TRL 9，整合微重力測量、多參數傳感器和物聯網 (IoT) 技術，實現 CO₂ 地質儲存項目多介面（深層、淺層、近地表）的實時、高精度監測，有效預防洩漏風險。
  • Equatic：TRL 7，透過海水電解與直接空氣接觸，從大氣或點源移除 CO₂，並將 CO₂ 永久固化為碳酸鹽儲存於海洋中，同時產生綠色氫氣，無需額外的儲存或運輸成本。
  • Mangrove Systems (Digital MRV)：TRL 9，領先的數位化監測、報告與驗證 (MRV) 解決方案，整合營運數據，提供端到端的碳核算能力，協助項目開發商商業化並符合監管要求。
  • SLB OLGA Dynamic Multiphase Flow Simulator：TRL 9，領先的多相流動模擬器，已針對 CO₂ 流動模擬進行重新設計，能準確模擬 CO₂ 運輸與注入過程中的單相及多相流動，支援低壓低成本 CCS 方案。
  • SLB Sequestri™ Stratigraphic Insights：TRL 9，數位解讀產品，利用地層測試井數據，快速量化並總結鹽水層 CO₂ 儲存的地層容量、注入性和封堵潛力，縮小不確定性。
  • SLB CCS Real-Time Induced Seismicity Monitoring (RT-ISM)：TRL 9，自動化的微地震監測系統，實時檢測地震事件的規模和位置，利用分布式聲學傳感 (DAS) 數據，有效監測 CO2 注入引發的地震活動。
  • SLB Carbon Storage Ranking：TRL 9，專用於 CO₂ 儲存場地篩選與排名，綜合評估技術與非技術標準，量化不確定性，並根據專家見解和項目目標進行加權排序。
  • SUSTEC SQUID-TEM Method：TRL 9，利用超高靈敏度磁傳感器，提供 3D 電阻率測繪，可檢測儲層中 CO₂ 羽流引起的電阻率變化，是經濟高效的 CO₂ 羽流監測工具。

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