生質能碳捕獲與封存（BECCS）技術介紹

前言

昨天CDR主要技術介紹文章打完發出去後才突然發現漏了BECCS，今天補上。

生質能碳捕獲與封存（Bioenergy with Carbon Capture and Storage, BECCS）是達成淨零排放及應對氣候變遷的重要技術之一。結合了生質能發電與碳捕獲封存技術，能從大氣中移除二氧化碳，達到「負排放」效果。

傳統上CCS必須完整封存於地層中才算是合格的，但有鑒於適當地點不易取得以及洩漏風險長期受到關注，因此相關的CCUS領域也持續在發展中，尋找其他的應用與封存方式。

技術概述

BECCS 的核心在於利用生物資材，如木材、農業廢棄物或能源作物進行燃燒或發酵來產生能源（電力或熱能）。此過程中釋放的二氧化碳被捕獲，並透過地質封存技術將 CO₂ 永久儲存在地下。生物資材在生長過程中透過光合作用吸收了大氣中的 CO₂，因此 BECCS 可實現碳的封閉迴圈，甚至在理想情況下實現負排放。

BECCS 的流程可分為以下幾個主要階段：

1. 生物資材的供應與轉化：將生物資材（木材、稻桿、農林廢棄物等）轉換為可用的能源形式（如電力、熱能、液態燃料等）。
2. 碳捕獲：在燃燒或發酵過程中，將排放的 CO₂ 透過化學吸收劑或物理分離技術捕獲。
3. 碳封存：將捕獲的 CO₂ 壓縮並注入地下深層地質結構中，如枯竭油田、深鹽層或其他適合的地質封存點。
4. 監測與驗證：確保封存的 CO₂ 不會洩漏，並進行長期監控。

技術優勢

1. 負排放潛力：與其他碳捕獲技術相比，BECCS 是少數能從大氣中實現「負排放」的技術之一。由於生質資源在成長過程中吸收 CO₂，因此理論上可透過 BECCS 來從空氣中移除碳。
2. 多樣化的生物資材：有多種資源可供利用，包括農業廢棄物、林業副產品或專門培植的能源作物，這使得 BECCS 能夠因應不同區域的資源分布。
3. 能源供應的靈活性：BECCS 能夠產生電力、熱能、甚至液體燃料，適應不同能源需求，具有相當的靈活性。

挑戰與限制

儘管 BECCS 擁有許多潛力，但其實現仍面臨多重挑戰與限制：

1. 生物資材供應的可持續性：要實現大規模 BECCS，需大量可持續的生物質供應，但過度利用或不當管理可能導致森林砍伐、土壤劣化及生態系統破壞。如何確保生物質資源的永續管理，並避免與糧食生產競爭，是一大挑戰。
2. 成本高昂：BECCS 涉及複雜的技術流程，包括生質能生產、碳捕獲與封存等階段，整體成本高昂。目前，碳捕獲和封存技術尚未在全球範圍內實現經濟可行的大規模應用，因此需要大量資金投入及政策支持來推動其發展。
3. 碳封存技術的成熟度與風險：儘管碳封存技術已有部分應用，但地質封存的長期可靠性仍需更多數據支持。洩漏風險及地質適合性也是潛在風險之一，封存地點的選擇及監測至關重要。
4. 能源轉換效率與碳平衡：由於生質能的能源轉換效率通常較低，加上捕獲與封存過程耗能，使得整體系統的碳平衡需仔細評估。一些研究指出若管理不當，BECCS 可能導致更多的碳排放而非減排。

現行發展案例

目前，BECCS 的技術發展尚處於初期階段，已有少數幾個成功案例在運行中，然而全球大規模商業化應用尚待推廣。

1. Drax BECCS Project

• 位址：Selby, North Yorkshire, United Kingdom
• 日期：2019年完成第一期計畫，2020年完成第二期計畫，預計於2027年開始商轉。
• 特色：這是英國 Zero Carbon Humber CCUS 計劃的一部分，目標是到 2040 年打造全球首個淨零工業集群。Drax 發電站已將六個發電單元中的四個從燃煤轉換為使用可再生燃料。第一個 CO₂ 捕獲試驗設施於 2019 年啟動，每天捕獲一噸二氧化碳；第二個試驗設施於 2020 年開始，每天捕獲約 300 公斤二氧化碳。長期計劃是將捕獲的二氧化碳進行永久地質儲存。

2. Stockholm Exergi BECCS Project

• 位址：Stockholm, Sweden
• 特色：這是一個大規模的生物能源碳捕捉與儲存 (BECCS) 計劃，目標是將Stockholm Exergi 目前的生質能電廠打造成一個世界級的 BECCS 設施。該計劃獲得了來自歐盟的 1.8 億歐元資金支持。

3. Illinois Industrial Carbon Capture and Storage (IL-CCS) Project

• 位址：Illinois, USA
• 特色：第一個產業級別的BECCS計畫，伊利諾州地下約1.5英里處之頁岩地層是理想的CCS封存場所。

技術未來展望

隨著全球對減碳需求的提升，BECCS 正逐漸受到重視。若能有效解決技術挑戰，並在成本和政策支持下實現規模化發展，BECCS 有望成為未來氣候變遷解決方案的一部分。特別是在難以直接減排的行業如水泥和鋼鐵產業，BECCS 提供了一種具潛力的碳移除途徑。

不過BECCS 的長期效益仍需依賴完善的政策引導、技術創新及永續的生物資材管理方式。此外，如何平衡碳捕獲的能源消耗、技術風險及其對自然資源的依賴，也是未來需要持續關注的議題。