發布日期：2024年12月11日
本案聯絡人:工程技術發展處 莊慶安副研究員 電話：(02) 2737-7372 E-mail：[email protected]
二氧化碳造成全球暖化與氣候變遷，在各國積極發展減碳、負碳技術的潮流下，國科會於2023年成立臺灣淨零科技方案推動小組，邀集國內學者專家，共同開發2050臺灣淨零減碳所需之前瞻科技。在國科會淨零排放計畫支持下，由國立臺灣大學化工系教授康敦彥、郭修伯、吳嘉文、余柏毅及化學系教授陳浩銘共同組成的NTU ZERO研發團隊，成功開發出「薄膜碳捕捉」及「電化學碳轉化」兩項前瞻技術，其中陳浩銘教授的電化學碳轉化技術已打造出試量產機台，可將二氧化碳轉化為甲酸或合成氣，可達處理每日50公斤的二氧化碳處理量。
臺灣目前的能源供給主要仰賴煤、石油與天然氣等化石燃料，火力發電的碳排量約佔全國碳排量的14%。產業界每年碳排量佔全臺灣的55%。上述兩者碳排皆可透過碳捕捉技術將煙道氣中的二氧化碳捕捉下來，進行再利用或封存。目前發展最成熟且多數產業界採用的碳捕捉技術是以氨溶液和鹼性化合物做為二氧化碳的吸收或吸附劑，但這種化學吸收方式在實廠操作中，需在吸收劑飽和後進行加熱再生，此再生過程不僅耗能，也間接產生額外的二氧化碳排放。根據余柏毅教授團隊的估算，以化學吸收法進行碳捕捉的捕碳效益僅約60%，亦即每捕捉1公斤的二氧化碳，會間接產生約0.4公斤的額外碳排放。
薄膜碳捕捉技術
NTU ZERO團隊合力開發新穎的碳捕捉與材料技術，期望提高二氧化碳的捕捉效率。在材料方面，吳嘉文教授開發新穎的超微孔金屬有機骨架(Metal-Organic Framework, MOF)材料，針對煙道氣的多重成份(氮氣、水氣及二氧化碳等)，利用MOF的奈米空腔選擇性地吸附二氧化碳。郭修伯教授以粉粒體與化工單元操作技術，將MOF吸附劑製作成管狀型態，並架設混合氣體吸附裝置測試二氧化碳的吸附效能。康敦彥教授則是將MOF材料混合高分子並製成薄膜型態，能在連續進氣的條件下，於煙道氣混合物中選擇性移除二氧化碳，操作過程中無須加熱再生。根據團隊的計算，此通透式的薄膜碳捕捉技術有望將程序的捕碳效益從60%提高至約90%，即捕捉每公斤的二氧化碳，僅會產出0.1公斤的額外碳排放。團隊深入計算之後更發現，若將現今國內10%的傳統化學捕碳方式替換為新穎的薄膜通透式碳捕捉技術，每年可減少約500萬噸的二氧化碳淨排放量。
電化學碳轉化技術
針對二氧化碳再利用技術，陳浩銘教授發展高效能電化學技術，能將二氧化碳以電化學方式轉化為合成氣、甲酸、乙醇或乙烯等負碳上游化學品，其低能耗、高選擇性的優點能夠減少後續產物純化所需花費的能耗及成本，由於以電力作為能量來源，使其能輕易地與再生能源做結合以實踐更好的環境友善性和永續性。更重要的是，在轉化過程可以將二氧化碳轉化為高價值的化工原料，不僅解決碳排放的問題，更創造新的經濟價值，讓以往只能當作垃圾處理碳排放的方式重獲新生，也解決過高處理成本，並創造新的負碳化學品市場。
目前全世界的電化學二氧化碳轉化進程還停留在實驗室階段的單一小型反應器或簡易的電堆模組，離真實場域應用還有很大一段距離。本次展示之工業化概念機，首次導入可程式化自動控制，實現製程條件自動化調控，更加入人機介面機電整合，將只存在於實驗室內的小型模組躍升到工業化的層級，更進一步導入低能耗高價值之陽極系統，突破傳統電化學系統中的高能耗陽極之限制，不僅提高商業運轉的價值更將能耗降低至傳統的60%。最初桌上型電解設備之二氧化碳處理量為每天0.2公斤；初代小型原型機台處理量為每天3公斤；現今打造工業化原型機，二氧化碳處理量可達每天50公斤。
在全球對碳捕捉議題的關注下，臺大NTU ZERO團隊開發出具有高度新穎性且有望落實產業化的次世代碳捕捉與再利用技術。其中薄膜碳捕捉技術大幅降低碳捕捉所需能耗與二次碳排放，電化學技術則能夠將二氧化碳進一步轉化為有價值的上游化學品，並進行後續更高碳數的高價值特用化學品合成，而非僅是進行碳封存。在臺灣大學創新技術的引領之下，盼望未來有更多國內產業投入，一同為臺灣淨零碳排的願景而努力。
在國科會淨零排放計畫支持下，由國立臺灣大學化工系教授康敦彥團隊，成功開發出「薄膜碳捕捉」及「電化學碳轉化」兩項前瞻技術。
合影後排左2起為國立臺灣大學化工系余柏毅副教授、國立臺灣大學化工系吳嘉文教授、國科會工程處洪樂文處長、國立臺灣大學化工系康敦彥教授、國立臺灣大學化學系陳浩銘教授
團隊合力開發新穎的碳捕捉與材料技術，期望提高二氧化碳的捕捉效率。
合影左2起為國立臺灣大學化學系陳浩銘教授、國立臺灣大學化工系余柏毅副教授、國立臺灣大學化工系康敦彥教授、國立臺灣大學化工系吳嘉文教授
工業級原型機台展示。
