隨著全球氣候變遷問題日益嚴重，碳捕捉（Carbon Capture）、二氧化碳回收（CO₂ Recovery）和碳捕捉利用及封存（Carbon Capture, Utilization, and Storage, CCUS）成為了應對溫室氣體排放的重要技術。這些技術不僅能減少大氣中二氧化碳的濃度，還能將捕捉到的二氧化碳（CO₂）轉化為有價值的副產品或安全封存，以達到減碳目標。本文將介紹常見的碳捕捉技術，並探討它們的原理與應用。
首先，讓大家初步了解碳捕捉、封存及再利用技術（CCUS）是透過捕捉 CO₂ 並將其封存或轉化為有價值的產品，從而降低大氣中的溫室氣體濃度，達到減碳的目的。其過程包括：
．碳捕捉（Carbon Capture）：從工業製程中或煙道氣捕捉二氧化碳，避免其進入大氣。
．碳封存（Carbon Storage）：將捕捉到的二氧化碳注入地下儲層，如深層地質結構，長期存儲。
．碳再利用（Carbon Utilization）：將捕捉到的二氧化碳轉化為有價值的產品，如化學品、燃料或建材。
接下來，我們將著重介紹 碳捕捉、封存及再利用（Carbon Capture, Utilization, and Storage, CCUS） 中關鍵的第一步－碳捕捉（Carbon Capture），包括其原理、三大階段及技術應用等。
碳捕捉技術（Carbon Capture）通常分為三個主要階段：捕捉、運輸和儲存。
碳捕捉的第一步是從排放源中捕捉 CO₂。
．前處理捕捉：這是捕捉二氧化碳的最常見方式，適用於燃燒前的煤、天然氣等化石燃料。這類方法通常利用化學溶劑（如胺類化學品）吸收燃燒過程中產生的二氧化碳。
．後處理捕捉：將燃燒後排放的氣體中的二氧化碳提取出來，並利用吸附劑或溶劑分離 CO₂。
．氧氣燃燒捕捉：使用純氧而非空氣來燃燒燃料，這樣產生的煙氣主要是水蒸氣和二氧化碳，便於直接分離。
捕捉到的 CO₂ 需要被壓縮並運送到儲存地點。運輸方式可以是管道、槽車或火車。因為二氧化碳在常溫常壓下是氣體，必須將其液化（通過低溫或高壓處理），這樣可以提高運輸效率。
捕捉的 CO₂ 可以通過以下方式儲存：
．地質儲存：將二氧化碳注入地下深層岩層（如油氣田、煤層或鹽穴）進行長期儲存。這些地方能夠自然封存二氧化碳，防止其回到大氣中。
．礦物碳化：將二氧化碳與天然礦物反應，形成穩定的碳酸鹽礦物，達到永久封存的目的。
．海洋儲存：將二氧化碳注入深海，利用海洋的物理與化學特性進行封存，但這一方法仍處於研究與測試階段。
由於薄膜對二氧化碳具有較高的選擇及透過性，可以在不同氣體中高效地分離出 CO₂。其主要優勢在於操作簡便、能耗低，特別適用於處理低溫、高壓、高濃度二氧化碳廢氣（例如：燃燒氣體、工業排放氣體）。
相比其他技術，薄膜分離系統的維護簡單且能夠實現長時間穩定運行，加上本質為物理過程，不涉及化學反應，因此通常無須高溫或高壓條件運行。
適用場景：
．廢氣中二氧化碳濃度較高的工業排放
．節能需求較高的工業設施
吸附技術利用吸附劑（如沸石、活性碳等）與二氧化碳分子之間的親和力，將 CO₂ 捕捉並固定。該技術在較低溫度下操作，不需要高壓或化學試劑，適合處理低至中濃度的二氧化碳廢氣。
其優勢在於快速的吸附與脫附過程，且吸附劑可反覆使用，降低運營成本，應用範圍廣泛。然而，對於高濃度二氧化碳氣體，吸附技術的處理效率可能較低。
適用場景：
．中低濃度的廢氣，如發電廠或化工廠排放
．可再生能源設施的二氧化碳捕捉
化學吸收是成熟的二氧化碳捕捉技術之一，利用胺類溶液與二氧化碳反應，將二氧化碳化學固定。
此技術在處理低濃度二氧化碳時表現優異，且適用於大規模運行。然而，有著能耗較高的缺點，需要高溫脫附二氧化碳並再生吸收劑，且吸收劑需定期更換，從而增加運營成本。
適用場景：
．二氧化碳濃度較低的氣體源（如天然氣、燃煤電廠）
．大型工業排放源
氣體水合物分離技術利用低溫和高壓條件下，氣體與水反應形成水合物來捕捉二氧化碳。特別適用於天然氣處理或富含二氧化碳的氣體源，能在低溫下將二氧化碳固化。
主要挑戰在於維持穩定的低溫高壓條件，對設備要求較高。然而，這技術在處理富二氧化碳氣體方面具有顯著應用潛力，特別在能源提取和天然氣處理領域。
適用場景：
．天然氣或富含二氧化碳的氣源
．能源提取過程中的CO₂捕捉
二氧化碳回收（CO₂ Recovery）指的是從工業排放或其他來源中提取 CO₂，並將其用於製造產品或進行其他資源化應用的過程。不同於單純的碳捕捉（Carbon Capture），二氧化碳回收更強調將捕捉到的 CO₂ 轉化為可用資源，創造經濟效益。
．碳捕捉技術的重點在於從廢氣中分離純度足夠高的二氧化碳，為後續利用創造條件。
．二氧化碳回收技術的重點是將捕捉到的二氧化碳加工、處理，並用於創造產品價值或提升經濟效益。
簡單而言，碳捕捉技術是「減碳」的第一步，而回收技術則是「資源化」的核心手段。回收的價值在於將捕捉到的二氧化碳從環境負擔轉化為經濟機會，這是二者的根本區別。
碳捕捉技術正在全球推廣，成為應對碳排放的重要工具。它幫助企業減少溫室氣體排放，並為減碳創新提供技術支持。以下是碳捕捉在主要行業中的應用場景：
燃煤和燃氣發電廠是碳捕捉技術的主要應用場景，能有效提取煙道氣中的 CO₂，並用於封存或資源化利用。此外，藍氫製造過程中捕捉的二氧化碳也有助於降低碳足跡。
．水泥與鋼鐵行業：這些基礎工業在生產過程中釋放大量二氧化碳，碳捕捉技術能幫助分離高濃度 CO₂，顯著降低碳排放。
．化學品生產：在化工反應中，碳捕捉從副產氣體提取二氧化碳，可用於製造甲醇、尿素等高價值產品。
．食品加工：捕捉的二氧化碳可用於碳酸飲料製造、冷凍食品及食品保鮮。
．農業溫室：將二氧化碳注入溫室環境，提升作物生長效率，優化農業生產。
隨著清潔燃料需求增加，碳捕捉逐步應用於合成燃料製造，例如從二氧化碳中提煉甲醇或合成氨，為船舶與航空提供低碳能源。
在強化石油採收（EOR）中，二氧化碳被注入油田以提高石油採收率，同時部分實現碳封存，達到能源回收與減碳雙重目標。
隨著技術進步，碳捕捉的應用領域逐漸拓展，例如在生物反應器中促進微藻生長，進而生產生質燃料或高附加值產品，展現多樣化潛力。
近年全球對碳排放問題的日益關注，各種不同的碳捕捉技術均有其特定的應用場景和優勢，並且在碳捕捉利用及封存（CCUS）的框架下發揮著重要作用。未來碳捕捉的效率將持續提升，為實現碳中和目標提供有力支持。