每一次拯救環境一個分子 – 碳收集的核心

我記得以學生身份座在演講廳,我們的老師開始課堂時,講述大氣層的二氧化碳 (CO2)已到達了400 ppm的神奇限值。在 2013 年首次發生過這現象,而2016年之前,甚至年度最低數值也超過 400 ppm。直到現在,CO2 的年度平均濃度已超過 410 ppm。因為這些數字與日常生活欠缺任何關連,這裡由我的家族有一些數據比較:

  • 當我在 1992 年出世時,CO2 濃度大約 356 ppm。
  • 當我的爸爸在 1954 年出世時,它大約 313 ppm。
  • 當他的媽媽在 1924 年出世時,它大約 305 ppm。
  • 當她的爸爸在 1884 年出世時,它大約 293 ppm。
  • 當他的媽媽在 1850 年出世時,它大約 285 ppm。

所以,你可以看見,由 1950 年代開始,增加已較急劇。再者,過去的 800 000 年的最高濃度已是約 300 ppm。現在,有什麼引致這增加 ? 當然大氣層的 CO2 濃度是複雜的議題,有著許多影響因素, 但一個不可否認的快速增加因素是人造污染。在 2019 年,全球 CO2 排放大約 360億公噸。又再利用我們的比較數據,在 1992 年,只有 220 公噸,而在 1954 年只有微小的 70公噸。

但為何大氣層的 CO2是個問題 ? 因為溫室效應;在地球大氣層上的CO2 和其他溫室氣體防止熱能逃出太空。這是自然過程,但由於溫室氣體濃度被增加,更多更多熱能被困住。反過來,導致全球暖化。

改變是需要的

氣候變化是真實的。現在的排放水平不是可持續的,必須在事情失控前採取行動。銀子彈不能瞬間殺死這野獸 – 取而代之,重大改變必須在全球多個領域上實施。我們為了增加效率,需要創新和發展;我們必須轉移到低碳燃料;我們必須增加核能和可再生能源的使用;我們必須把焦點放在盡可能多再用和循環再用的物料;我們必須減少食用動物性食品;我們必須確保釋放到大自然的空氣和水盡量是清潔來限制我們的污染。

現在,許多工業排放已被監管。例如,在歐盟,工業排放指令 (2010/75/EU) 規範工廠裝置的污染排放。成份和其排放限值取決於行業、燃料和廠房規模,而排放限值本身基於現有最佳技術。這裡亦有嚴謹的質量保證標準,確保用來測量這些排放的設備勝任這份工作。但到目前為止,CO2 不需要被測量或減少。如果我們想把氣候變化減到最低,必須改變全球規模。全球排放必須降低,並必須把 CO2 列入在內。

接著讓我們深入一點了解減少這 CO2 排放的理念。有些 CO2 可以被防止,例如改用可再生能源。但這不會在一夜之間發生,甚至不是所有 CO2 來源可以被更改。例如,在水泥行業,CO2 以化學工序的一部份被排放。因此,我們需要有方法停止從排放中製造 CO2。方法是碳收集、使用和儲存 (CCUS) 或稱為碳收集和儲存 CCS。這意思是收集 CO2 來取代排放它,然後無限期儲存或用於減少整體排放的方法。碳收集本身沒有什麼是新意的。它已在工廠規模進行了幾乎一個世紀,例如天然氣處理或合成氣生產。不過,這被收集的CO2 主要簡單地釋出,否則沒有理由去處理。今時今日,因應每年氣候變化的影響越加明顯,全球對碳收集有更大的關注

簡單介紹碳收集和儲存 (CCS)

簡而言之,有兩種排放:大型個體排放者 (例如發電廠和工廠)和零散排放 (例如從交通和發熱)。零散排放應該主要以其他方法被處理,例如增加效率、低碳燃料和可再生,因為碳收集不是 (未)真的適合這些零散排放。碳收集對於大型個體排放者是理想工具。不過,它亦可以在某程度上直接從空氣中進行。

許多不同方法去收集 CO2,利用不同方法在不同工序階段進行。不過,此刻最流行的系統是燃燒後胺吸收。在此,燃料是正常地首先被燃燒,然後含 CO2 的煙氣被直接通過注滿某種胺水溶液的塔,到目前為止,最常用的是乙醇胺。胺是含氮的一組化合物,在水溶液中,它們與 CO2 作反應,使 CO2 從煙氣中逐漸削減。這胺溶液在工序中的分隔位置中被加熱,而被收集的 CO2 被釋放。在這位置,CO2 將會被壓縮方便運送到儲存或使用現場。

CO2 被收集,因為我們不想它在我們的大氣層。現在我們有個問題,利用 CO2 可做什麼?由於粗略的簡化,我們抽它入地下深處的氣袋,以不透水蓋岩層覆蓋。在下面,溫度和壓力合成的效應亦導致增加密度,CO2 所佔有的空間只有在地面時的幾個百分比體積。如果我們不想簡單地儲存被收集的 CO2,亦有不同的方法去工業上使用它。例如,它可以與氫結合來製造不同化學物和燃料。它可以如芬蘭科學家示範那樣變成食物。

碳收集與我們

因為任何地方都會有排放,在碳收集中測量是重要的。而 Gasmet 已在碳收集測量上有長久歷史 — 我們的 FTIR 技術已用於碳收集研究,而我那時還未成年!我們彈性的解決方案已提供機會測試不同類型的胺,檢測任何降解產物,多得我們龐大的氣體光譜庫甚至可辨識未知氣體。我們的裝置亦可以被用來測量接近儲存設備的 CO2 流通量

未來也許是不明確的,但碳收集將會毫無疑問地成為其中一部份。根據政府間氣候變化專門委員會,如果我們想達到氣候目標,如沒有碳收集的話,成本將會超過兩倍 (政府間氣候變化專門委員會,2014:氣候變化2014:綜合報告第86頁,表格3.2)。再者,對於那些不能透過改變燃料來避免 CO2 排放的行業,例如水泥業,碳收集是特別重要的。碳收集作為暫時閘口亦將會是重要的 — 碳收集讓我們打消化石燃料排放,因為我們轉嫁到低碳世界。

作者是我們的應用化學家,Veikko Halkosaari。他希望朝向更綠化的未來而工作,因著這念頭,他以研究可持續發展膠粘劑完成其碩士論文後,在 2019 年投身 Gasmet。他的主要工作是去協助我們的銷售、分銷商和客戶的分析挑戰。

 


碳收集和儲存 (CCS)

排放監測被要求確保CO2收集在工廠內正確運作。Gasmet以FTIR技術為基礎生產氣體分析儀及排放監測系統用於從工業進程中測量氣體排放。

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