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節能減碳

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  • 1. 減碳的另類思考-「從哪兒來 回哪兒去」 課 程 目 標 透過這個課程,你將可以: ¡ 瞭解國際間減碳潮流與台灣即將面臨的問題。 ¡ 摘要說明碳捕捉與封存(Carbon capture and storage , CCS )技術。 ¡ 認識國際間執行二氧化碳地質封存的計畫。 ¡ 瞭解台灣石油工業的地質封存技術與經驗。 ¡ 探討地質封存之安全性與未來發展。 課 程 大 綱 一、課程資訊 二、疼惜地球新思維:二氧化碳的排放問題 三、節能減碳有妙方:地質封存 四、地質封存大哉問:安全性與未來發展 五、課程總結 【一、課程資訊】 近年來,全球氣溫異常現象層出不窮,為了維護地球環境與降低溫室效應的影響,各國皆在力行節能 減碳,但隨著文明與經濟的發展,二氧化碳的排放量持續上升,以目前現有的減碳方法,如:使用低碳能 源、替代能源與再生能源等,皆無法補足龐大的二氧化碳減量缺口。除此之外,國際間也針對溫室氣體排 放訂定相關規定,雖然台灣目前並非受規範之對象,但未來受到減碳衝擊也是在所難免的事情。因此,本 課程將帶領一般公務人員與民眾認識台灣二氧化碳排放即將面臨的問題,瞭解二氧化碳末端減量方法中之 地質封存技術,並且說明地質封存之安全性與未來發展之趨勢。
  • 2. 【二、疼惜地球新思維:二氧化碳的排放問題】 2-1 學習焦點 1.瞭解國際間的減碳趨勢。 2.瞭解台灣二氧化碳排放現況與即將面臨的問題。 3.認識二氧化碳末端減量的方法。 2-2 國際減碳潮流 ◎ 根據中央氣象局的資料可以發現,台灣平均溫度持續上升,其增溫速率約為每百年 1.4 度。 ◎ 乾旱、洪水、颶風及其他劇烈氣象變化的頻率增加,在全球水源、食物、健康與建設等方面產生 極大的損失與傷害。 ◎ 溫室效應所帶來的氣候及其衍生的問題是屬於全球性的問題,是需要每個國家的共同努力才能改 善的。 ◎ 國際間針對溫室氣體排放的問題在 1997 年於日本京都通過京都議定書,並且在 2005 年 2 月 16 日宣布正式生效,目的在於規範各會員國之溫室氣體減量責任。 ◎ 京都議定書首波規範的對象是 37 個已開發工業國家,而一些新興工業國家及其他開發中國家也 會視其經濟發展情況,陸續納入規範。 ◎ 台灣為出口貿易導向之國家,如果不提早進行減碳,有可能會因為國外公司在減碳方面的規定, 而無法順利貿易來往。 ◎ 舉例來說:美國與加拿大的幾間大型零售公司,已針對供應商提出在 2014 年上架的商品須執行 碳足跡認證等要求。 ◎ 相信今後國際間類似的貿易要求會持續出現,如果台灣能提早做好節能減碳的準備,將能對未來 產品外銷方面,產生明顯的影響。
  • 3. 2-3台灣二氧化碳排放現況 ◎ 根據工研院能源與環境研究所於 2007 年的資料中指出,台灣在 1990 年二氧化碳排放量為 1 億 1 千 1 百萬多公噸,到了 2006 年已經上升為 2 億 6 千 5 百萬多公噸,每人平均排碳量也從 5.47 公 噸上升到 11.66 公噸,足足增加了一倍之多。 ◎ 目前台灣二氧化碳排放可能會面臨到的問題,主要是國內經濟發展導致排碳量增加,以及國際間 對於二氧化碳減量的要求。 ◎ 根據京都議定書的內容,減碳目標為希望 37 個已開發的工業化國家,在 2010 年能將二氧化碳排 放量回歸到低於 1990 年的排放量。 ◎ 為了因應國際間的減碳要求,立法院已著手制定「溫室氣體減量法」,針對碳排放超量者訂定相 關罰則,並且於 2007 年 5 月初審通過草案的部分條文。 ◎ 有了法源依據之後,政府陸續訂定出短程減碳目標, 在 2020 年將二氧化碳排放量回到 2005 年 水準,中程目標為於 2025 年將二氧化碳排放量回到 2000 年水準。 ◎ 以 2005 年全國能源會議政府承諾溫室氣體減量目標與策略來看 ,在目前的節能減碳方法實施後, 若想達到中程的減碳目標,尚有將近 1 億 4 千萬公噸的二氧化碳減量缺口需要努力減少。 ◎ 如果台灣未能達成減碳目標的話,可能的影響有 1.可能需要支付金額龐大的碳排放費用,雖然台灣未來勢必會課徵碳稅,但影響稅率的因素太多,包 括:國情、民意、成本與預期效果等。因此現階段不容易預測。 2.遭受國際社會的貿易制裁、長遠經濟發展受到限制:台灣屬於貿易出口導向的國家,勢必需要與國 外廠商進行長遠的貿易合作。 ◎ 有學者認為未來台灣因為減碳而付出的社會成本大約為每 1 噸碳 1100 到 1900 元新台幣,如果以 台灣減碳缺口 1 億 4 千萬噸的量來計算,所付出的社會成本將會高達千億以上。
  • 4. 2-4末端減碳想一想 ◎ 末端減量是指減少已經產生出來的二氧化碳排放到大氣中的量,包括:二氧化碳的再利用與封存 兩種方式。 1.二氧化碳的再利用:包括直接利用二氧化碳製作乾冰,製作碳酸酯與聚碳酸酯等工業用塑膠原料, 或是製作汽柴油添加劑等等,上述方法目前多已商業化,但是其減量效果有限,未能發揮具決定性之 影響。 2.二氧化碳的封存:指利用物理、化學、生物等機制,將大量二氧化碳封存起來。包括:礦化封存、 植物封存、生物封存、海洋封存與地質封存等方法。 指讓二氧化碳與含金屬礦物進行化學反應,形成固體型態的碳酸鹽及其他副產品, 例如利用蛇紋岩石中的鎂鈣離子與二氧化碳反應形成碳酸鎂或碳酸鈣,但目前相關 技術仍屬實驗階段。 利用生物原本的生物機能吸收大氣中的二氧化碳,例如:在以色列的一家生物公司 利用發電廠排放的二氧化碳養殖海藻,進而從中製取生物燃料。但是此種方法減少 之二氧化碳數量有限。 種植植物有助於整體環境,且藉由適當的森林經營,有助於提高二氧化碳減量的效 果,但是森林生態系不同部位的碳儲存量,會受樹種、年齡及土壤等因素限制。且 一旦發生森林火災,被封存的碳將再度釋放回大氣中,功虧一簣。 指將二氧化碳儲存在一定深度以下的海底,但目前仍處於研究階段,此方法對海洋 生態,尤其是底棲性生物之衝擊尚無明確評估,另外若海底地震或地層滑動造成之 擾動,可能會造成二氧化碳瞬間大量釋放,釀成災害。 指模仿自然界儲存化石能源的機制,將捕獲之二氧化碳封存在地層中,在國外已經 有許多使用到地質封存的計畫持續進行當中,其相關技術已經行之有年,能夠減少 大量二氧化碳的數量。 ◎ 在前述的幾種方法中,「地質封存」不但符合自然生態循環,並且兼具技術與經濟可行性,是目 前技術當中最有效的二氧化碳末端減量方法。 ◎ 不論是再利用或封存,都必須將排放的二氧化碳捕獲純化,但目前所使用的捕獲方法對於應用在 減少大量二氧化碳方面,其成本與效率方面都尚有改善空間。
  • 5. 【三、節能減碳有妙方:地質封存】 3-1 學習焦點 1.摘要說明 CCS(Carbon capture and storage)技術。 2.認識國際間執行二氧化碳地質封存的計畫。 3.瞭解台灣石油工業的地質封存技術與經驗。 3-2 什麼是「CCS」 ◎ Carbon capture and storage,CCS,其中文意思為「碳捕捉與封存」。 ◎ 當採用其他減碳的方法,仍無法填補龐大的減碳缺口時,不得不採取的策略,把已產生的 CO2 儲藏 起來,也就是所謂的「末端減量」。 ◎ CCS 包括了二氧化碳捕捉、運輸、封存、監測與確認等四個部份。  捕捉:針對製造大量二氧化碳的固定排放源, 例如:燃煤發電廠、石化廠、 鋼鐵廠等地方,設置 相關裝備,將製造出來的二氧化碳純化後收集起來。  運輸:將前面捕捉到的二氧化碳,經過加壓之後,利用管線輸送到適當的地區。  封存:將二氧化碳注入地下水層、舊油氣田或深層煤層等地下構造,藉由地層之封閉與吸附,予以 長期封存。  監測與確認:封存結束後,就要針對被擠注入地層中的二氧化碳,利用種種監測技術以及監測井等 設備進行長時間的監測與注入量確認。 ◎ CCS 依照個別項目粗估費用,約有百分之 70 左右的經費使用於二氧化碳的收集、分離、純化與回收 的捕獲階段,約有百分之 20 的費用使用在管線運輸設施上,而花費在二氧化碳擠注入地層中的操作 費用只佔了約百分之 10 左右。 ◎ 整個 CCS 過程中,花費在地質封存工作上的費用卻是相對較低的,屬於值得發展的技術。
  • 6. 3-3 從國際經驗談地質封存 ◎ 從 1970 年代起,石油工業界就利用天然氣或二氧化碳注入生產末期的油田,以排掃殘存於儲油層 孔隙中之石油提高採收率,也就是所謂的強化採油(Enhanced Oil Recovery, EOR)。 ◎ 由於二氧化碳的產生大多是來自石化能源,因此我們秉持著「從哪兒來 回哪兒去」的觀念,將二 氧化碳存回地底達到減碳目的。 ◎ 以下為各個國家執行地質封存相關計畫的說明:  1999 年加拿大石油工業界與政府機構聯合執行一項封存二氧 化碳同時增產石油,一魚兩吃的計畫。  將美國北達科塔州煤炭氣化廠排放以二氧化碳為主之廢氣,經 330 公里管線輸送至加拿大 Weyburn 油田。  該計畫於 2000 年 9 月開始注氣,至 2004 年 3 月累積注入二氧 化碳逾 400 萬噸。  1996 年挪威國家石油公司開始將二氧化碳注入北海之地下水 層。  於 1996 年首度嘗試將脫除之二氧化碳注入位於該油氣層上方 的地下水層。  該計畫每年約注入 100 萬公噸,計畫將持續注氣至 2020 年。  阿爾及利亞由於當地的天然氣氣田,產出之天然氣中含有 1 到 9% 之二氧化碳,超過出口規範,因而必須予以脫除。  從 2004 年起將天然氣中之二氧化碳脫除注入其中一個生產中 氣田儲集層之水層部分,年注入二氧化碳量約 120 萬公噸。  2000 年日本政府與電力、石油公司合作進行先導性二氧化碳地 下封存試驗計畫。  從 2000 年到 2002 年進行鑽井、電測與岩心分析,2003 年建造 相關設施,並開始注入二氧化碳,到 2004 年共計注入二氧化 碳約 10405 公噸。 ◎ 除了前面所提到的商業化計畫外,其實尚有其他若干規模大小不一的地質封存計畫,包括在澳大利 亞、白令海以及德國等地進行的計畫,種種計畫的進行都再再顯示出使用地質封存達到二氧化碳減 量目的之可行性,且此方法已被國際間認為是技術上可行的減量方案。
  • 7. 3-4 台灣地質封存經驗:石油工業 ◎ 在天然氣地質封存方面,台灣中油公司在鐵鉆山儲氣窖已有十餘年營運之經驗。 ◎ 鐵鉆山儲氣窖介紹:  礦區於 1965 年正式開發,天然氣累計產量約 242 億立方公尺。  1988~1990 年間為解決天然氣進口初期供應過剩問題,將其中 3 口生產井修井為可以注氣也可以 生產的注產氣井,最大注氣量每日 142 萬立方公尺,最大產氣量每日 45 萬立方公尺。  之後市場用氣規模逐漸成長,遂於 1999 年新鑽 6 口注產氣井,設置 2 部注氣壓縮機及 2 部昇壓壓 縮機、1 座天然氣脫水工場,最大產氣量每日 440 萬立方公尺,最大注氣量每日 430 萬立方公尺, 最大昇壓量每日 750 萬立方公尺。 ◎ 鐵鉆山儲氣窖之主要功能為當永安廠天然氣存量持續偏高時,將過多的天然氣注入地層中儲存。並 且在天然氣存量偏低、產能不足或管線輸氣能力不足時,生產天然氣。或是在尖峰用氣而陸管輸氣 壓力偏低與因應突發狀況時,配合輸氣調度操作需求升壓及轉輸氣,以維持整體幹線正常之輸供氣 狀況。簡單地說,儲氣窖就是一個調節天然氣供應的緩衝機制,讓大家可以安心穩定地使用天然氣。 ◎ 利用石油工業發展出來的技術, 鐵鉆山儲氣窖經多年運轉,不論是注氣或是產氣,操作皆符合預期, 在這段期間也曾進行多次油層模擬,監視天然氣在地下之分布情形,以及注入天然氣前後井底靜壓 的變化情形 藉由壓力變化可確認注入量 並且顯示將天然氣注入地層中保存並沒有安全上之顧慮 , , 。 ◎ 直到現在,天然氣注入地層監測工作持續進行,即使歷經 921 大地震也沒有洩漏現象,而類似的天 然氣注入地底技術,在應用於二氧化碳地質封存上也能獲得相同效果。
  • 8. 【四、地質封存大哉問:安全性與未來發展】 4-1 學習焦點 1.瞭解地質封存的安全性。 2.摘要說明地質封存的未來發展走向。 4-2 解析地質封存之安全性 ◎ 1986 年西非喀麥隆 Nyos 湖事件與二氧化碳地質封存之差別: ◎ 地質封存計畫在進行前必須經由嚴密之研究、測勘、鑽探、實驗、評估選定二氧化碳的封存場址, 而且整個二氧化碳地質封存的過程會在仔細的規劃控制下進行,在封存之後,則進行長時間嚴密 的監測控管。 ◎ 經由嚴格監控管理的地質封存,即使二氧化碳外洩,它會以緩慢的速度漏出,而且在外洩初期即 會啟動警報裝置,可以在第一時間做出應變行動。 ◎ 雖然台灣位處在地震帶上面,但是從過去地震發生的事實顯示,所產生的地殼變形僅侷限於近地 表處,而且從台灣現存的幾個油氣田運作多年經驗發現到,並未因地震而產生損害。 ◎ 在整體地質封存的過程中,或許可能會因為天然災害發生無法人為避免的風險,但我們可藉由預 測分析災害發生機率,並且善用工程減災技術來有效降低災損後果。
  • 9. 4-3 台灣地質封存之未來發展 ◎ 台灣地質封存在廢礦坑、舊氣田與鹽水層之技術可行性早已被證實。 ◎ 根據台灣中油公司多年研究調查,進而掌握的陸上封存估計,台灣陸上地質封存的潛能有數十億 噸,雖然只是粗略之保守估計,尚待更進一步的調查研究,但足以確認它是具有明顯的發展價值。 ◎ 關於地質封存的推行有賴於政府的全力支持與投入,推動並誘導相關企業進行地質封存的研究計 畫。包括:  仿照國土規劃,全面調查台灣及鄰近海域之地下構造及封存潛能。  結合各個相關領域進行先導試驗計畫,向民眾證明地質封存的安全性。  政府需要制定相關法規、提供誘因促使不同領域的企業界參與。  加強民眾對於地質封存的認識,讓民眾瞭解到地質封存是經過嚴密控管的技術,同時也是 在不降低生活便利性與舒適性前提下的最佳減碳選擇。 ◎ 相較於太陽能發電、風力發電等節能減碳法,地質封存的減碳成本、技術瓶頸與短期減量貢獻度, 都是相對來說較為可行的。 ◎ 碳排放的市場商機其實是不容小覷,在歐盟早已有碳排放的交易體系, 2006 年其二氧化碳交易 量約為 11 億公噸,初估價值約 240 億美元, ◎ 台灣本身到 2020 年為止,預估每年尚待處理的二氧化碳減量缺口約 1.2~1.6 億公噸,以課徵碳 稅解決碳排放之國家-挪威為例,其碳稅是每公噸二氧化碳 55 美元左右,將兩個數字相乘,台灣 的碳排放市場每年具有約 66 億到 88 億美元以上的市場潛力,可見碳排放交易商機之龐大,實在 是值得台灣提早進行相關發展。
  • 10. 【五、課程總結】 5-2 課程結語 這門課程到這裡已經即將邁入尾聲了,對於二氧化碳地質封存技術,您是否有更深入的理解與認識了 呢?相信你已經瞭解到,二氧化碳排放的減少是目前全球關注的議題,它不僅僅是政府的職責,也是全民 必須共同參與且關心的課題,提早瞭解並開發出有效節能減碳的方法,是目前的當務之急。 而地質封存即是目前在技術上最為可行之二氧化碳末端減量方法,惟其封存構造之探尋與前置準備相 當費時,因此應儘速著手相關研究及探勘工作,避免因施行二氧化碳減量而導致妨礙國家之整體經濟發展。