碳移除 CDR－淨零路上最後一哩（上）

淺談碳移除系列：The Why, How & What of Carbon Dioxide Removal (CDR)

自工業革命時代以來，人類藉由燃燒化石燃料以及改變土地使用等活動造成了大量的二氧化碳被排放至大氣中，造成溫室氣體濃度上升進而導致全球暖化與氣候變化，為了緩解氣候危機，減少溫室氣體排放成為了全球首要工作。然而，光靠減少碳排放已不足以避免暖化程度的加劇。為了達到控制暖化程度的「淨零目標」並且在達標後持續控制，除了大量減少碳排放外還會需要發展一定程度的碳移除（carbon dioxide removal, CDR）或負碳技術（negative emission technologies, NET）才可以。

瑞士公司Climeworks於冰島的碳移除廠示意圖 (圖片來源: Climeworks)

為什麼需要碳移除？

人類自1850工業革命以來，已因燃燒化石燃料與改變土地用途等活動排放了超過兩兆噸的二氧化碳至大氣中。造成大氣中的二氧化碳與其他溫室氣體濃度升高，導致溫室效應與氣候變化，影響著世界各地的人們。雖有百分之55的二氧化碳被海洋與陸地所吸收，其餘則累積於大氣當中。但已讓地球溫度比起工業革命前上升了超過一度。因此，聚焦於減少溫室氣體排放以緩解氣候危機被視為此世紀的一大挑戰。為實現巴黎協定下的氣候目標我們必須進全力大幅減少碳排放，藉由能源、運具、生活轉型及循環經濟方式實際脫碳。據估計，脫碳後所遺留下那些「難以避免」的碳排介於每年15到30億噸二氧化碳當量，相當於2019年世界總量的三到七個百分點。IPCC於2018年的報告中強調:

「在此世紀末前要將升溫控制在1.5度C以下，全球脫碳進程除了需要全力推進至僅剩下難以避免的碳排，每年尚需從大氣中移除幾十億噸的二氧化碳。」

換言之，要將全球升溫控制在1.5°C以下，人類除了脫碳外，還需運用二氧化碳移除手段來補捉大氣中將二氧化碳並封存以抵消與彌補「難以避免」及「歷史遺存碳排」。根據最新的氣侯模型情境顯示，所有將升溫控制於1.5°C以下的路徑都必須有碳移除的投入。至於需要移除多少數量則將取決於人類在短期內減排的速度，估計到2050年前全球年減排量須達50至160億噸之間，減排速度越快就越能減少對碳移除的依賴。

聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）定義碳移除（Carbon Dioxide Removal, CDR）為：

「透過人為活動將二氧化碳從大氣中移除並持久地存儲於地質、陸域或海洋儲存庫中或轉化成產品」。

牛津大學為碳移除技術提出了三大關鍵原則：

1. From the atmosphere：二氧化碳必須來自大氣，而非化石燃料來源。
2. Must be durable：二氧化碳的儲存是持久的，以確保不再返回大氣中。
3. Additional：二氧化碳的移除必須是在地球自然過程外因人類干預而產生的額外增量結果。

碳捕捉與利用(CCU)和碳捕捉與封存(CCS)常被與碳移除(CDR)或負碳技術(NET)混為一談，但是若以IPCC或牛津大學的定義與原則來檢視，CCU和CCS並不被認定為負碳技術。原因是「碳捕捉與封存（CCS)」是在工業和化石燃料燃燒過程中捕捉二氧化碳，再將捕捉後的二氧化碳濃縮成為純淨的氣流後儲存在地質構造中。這種在燃燒化石燃料（如天然氣發電）或加熱礦物（如造水泥）過程中從排放源頭捕捉二氧化碳的方式稱為「點源式捕捉（point-source capture）」因為不符合碳須從大氣中捕獲的原則，僅能算作是減碳而非碳移除或負碳。「碳捕捉與利用（CCU）」則是將同樣過程中的二氧化碳捕捉下來後轉成碳酸飲料、燃料和加工料等生命週期較短的產品。這其中的碳由於在幾天或幾個月後便會再次回到大氣中，既不符合CO2需來在大氣的原則也不符合碳需持久被儲存的原則，因此也非永久負碳的碳移除技術。

碳移除的方式有哪些？

碳移除的方法主要被分為生物（自然為本）以及技術（科技或工程為本）兩種。前者為透過生態系統管理實踐進而增加森林、土壤或海洋系統碳匯的方法；後者則為以化學方式直接從大氣中將二氧化碳分離、壓縮、運送及儲存於地表下的深層地質中。但事實上，大多的碳移除技術都算是自然＋科技的混合型解方。較多團隊與學術研究的方法有：

• 新植造林（Afforestation）與再造林（Reforestation）
• 土壤固碳（Soil Sequestration）
• 生物質碳移除與封存（BiCRS)
• 生質能碳捕捉與封存（Biomass Energy with Carbon Capture and Storage, BECCS）
• 直接空氣捕獲（Direct Air Capture, DAC）
• 碳礦化（Carbon Mineralization）
• 海洋鹼度增強（Ocean Alkalinity Enhancement）

不同的碳移除解方具有不同的權衡，因此在評估不同技術的同時須將土地、材料、水資源、能源資源等需求與成本、技術成熟度、儲存的持久性及對當地可能產生的利益或負面影響納入考量。無論何種碳移除技術皆會因所擁有的獨特性質與發展條件不同而各有優缺，為確保各技術能在不久的將來有效及、永續地發展，現階段更應思考整合應用不同碳移除技術並訂定標準的治理框架以及建立妥善政策架構來打好未來發展基礎。