碳捕集与封存：修订间差异
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ThomasYehYeh（留言 | 贡献） 我把[Carbon capture and storage]全部翻譯為中文，原本已有中文條目[碳捕集與封存]與之連結，但內容僅2萬位元組，英文版的有近10萬位元組，我也覺得原作品的內容或許應該獲得更充分的表達。發生將原翻譯覆蓋之舉，在此致歉。敬請指教。 |
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[[File:Carbon sequestration-2009-10-07.svg|thumb|300px|圖中顯示出二氧化碳的收集及儲存方法]] |
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'''碳捕集与封存'''，又稱為'''碳封存'''或'''碳收集及儲存'''等（{{lang-en|'''C'''arbon '''C'''apture and '''S'''torage}}，简称'''CCS'''），有時亦會加入「應用」而被稱作“CCUS”（即'''C'''arbon '''C'''apture '''U'''tilise and '''S'''torage），是指收集從[[點源污染]]（如[[火力發電廠]]）產生的[[二氧化碳]]，將它們運輸至儲存地點並長期與空氣隔離的技術過程。此項技術的主要目的是防止在發電過程中或其他行業使用[[化石燃料]]而釋放大量二氧化碳至[[大氣層]]，同時是一種潛在手段以減輕因為使用化石燃料時所釋出的排放物而造成的[[全球暖化]]及[[海洋酸化]]<ref name="IPCC_2005">{{cite report |editors = Bert Metz, Ogunlade Davidson, Heleen de Coninck, Manuela Loos, Leo Meyer |date = 2005 |title = Carbon Capture and Storage |url = https://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srccs/srccs_wholereport.pdf |publisher = [[劍橋大學出版社]] |access-date = 2016-06-11 |archive-date = 2018-08-10 |archive-url = https://web.archive.org/web/20180810072824/http://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srccs/srccs_wholereport.pdf |dead-url = no }}</ref>。雖然將二氧化碳注入地層這項技術已使用了數十年，例如用以提高石油的採收率，但長期存儲二氧化碳是一種較新的概念。首個商業化的例子是在2000年進行的{{tsl|en|Weyburn-Midale Carbon Dioxide Project|Weyburn-Midale二氧化碳計劃}}<ref>{{Cite web |url = http://www.canadiangeographic.ca/magazine/JF08/indepth/weyburn.asp |title = Burying the problem |publisher = Canadian Geographic Magazine |accessdate = 2016-06-11 |archive-date = 2016-05-29 |archive-url = https://web.archive.org/web/20160529142621/http://www.canadiangeographic.ca/magazine/JF08/indepth/weyburn.asp |dead-url = no }}</ref>。其他例子包括加拿大邊界大壩<ref>{{Cite web |url = http://ccs.gov2.tw/node/2917 |title = 加拿大邊界大壩CCS計畫成績矚目 |date = 2016-04-26 |publisher = 台灣行政院環境保護署 |accessdate = 2016-06-11 |deadurl = yes |archiveurl = https://web.archive.org/web/20160808085928/http://ccs.gov2.tw/node/2917 |archivedate = 2016-08-08 }}</ref>及密西西比電力公司的[[肯珀項目]]。[[政府間氣候變化專門委員會]]（IPCC）形容CCS技術是在眾多應對氣候變化的方法之中最具成本效益及扮演重要角色，並指出如果沒有這項技術，遏制全球變暖的成本將會增加一倍<ref>{{Cite web |url = http://www.theguardian.com/environment/2016/jun/09/co2-turned-into-stone-in-iceland-in-climate-change-breakthrough |title = CO2 turned into stone in Iceland in climate change breakthrough |author = Damian Carrington |date = 2016-06-09 |publisher = [[衛報]] |accessdate = 2016-06-11 |archive-date = 2016-06-11 |archive-url = https://web.archive.org/web/20160611023735/http://www.theguardian.com/environment/2016/jun/09/co2-turned-into-stone-in-iceland-in-climate-change-breakthrough |dead-url = no }}</ref><ref>{{Cite web |url = http://www.hk01.com/%E5%9C%8B%E9%9A%9B/25321/%E6%BA%AB%E5%AE%A4%E6%B0%A3%E9%AB%94-%E6%94%9D-%E8%90%BD%E5%9C%B0%E5%BA%95-%E4%BA%8C%E6%B0%A7%E5%8C%96%E7%A2%B3%E8%AE%8A%E5%B2%A9%E7%9F%B3-%E5%86%B0%E5%B3%B6%E6%96%B0%E6%B3%95%E7%B7%A9%E5%85%A8%E7%90%83%E6%9A%96%E5%8C%96 |title = 溫室氣體「攝」落地底 二氧化碳變岩石 冰島新法緩全球暖化 |author = 甄梓鈴 |date = 2016-06-10 |publisher = 香港01 |accessdate = 2016-06-11 |archive-date = 2016-06-13 |archive-url = https://web.archive.org/web/20160613024719/http://www.hk01.com/%E5%9C%8B%E9%9A%9B/25321/%E6%BA%AB%E5%AE%A4%E6%B0%A3%E9%AB%94-%E6%94%9D-%E8%90%BD%E5%9C%B0%E5%BA%95-%E4%BA%8C%E6%B0%A7%E5%8C%96%E7%A2%B3%E8%AE%8A%E5%B2%A9%E7%9F%B3-%E5%86%B0%E5%B3%B6%E6%96%B0%E6%B3%95%E7%B7%A9%E5%85%A8%E7%90%83%E6%9A%96%E5%8C%96 |dead-url = no }}</ref>。 |
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[[File:20210413 Carbon capture and storage - CCS - proposed vs implemented.svg|thumb|upright=1.25 | 全球建議二氧化碳截存（所有不同深度灰色系列）相對於已經實現（所有不同深度藍色系列）的比較。天然氣處理廠的截存達成率超過75%，其他工業項目實成率約為60%，發電廠的約為10%。<ref name=EnvRschLtrs_20201229>{{cite journal |last1=Abdulla |first1=Ahmed |last2=Hanna |first2=Ryan |last3=Schell |first3=Kristen R. |last4=Babacan |first4=Oytun |last5=Victor |first5=David G. |display-authors=4 |title=Explaining successful and failed investments in U.S. carbon capture and storage using empirical and expert assessments |journal=Environmental Research Letters |date= 2020-12-29 |volume=16 |issue=1 |page=014036 |doi=10.1088/1748-9326/abd19e |bibcode=2021ERL....16a4036A |doi-access=free }}</ref>]] |
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一間集成及試驗規模的CCS電廠於2008年9月開始於德國東部營運，以測試技術可行性和經濟效益。與非CCS電廠相比，應用CCS技術的現代常規電廠能減少大約80-90%的二氧化碳排放量<ref name="IPCC_2005"/>。[[政府間氣候變化專門委員會]]（IPCC）估計，直到2100年，CCS的經濟潛力可能是總碳減排努力的10至55%<ref name="IPCC_2005"/>。 |
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'''碳捕集與封存'''（{{lang-en|Carbon capture and storage}}， 簡稱CCS）指的是種過程 - 把工業產生（例如由燃燒[[化石燃料]]或是[[生物質]]所產生者）相對純淨的[[二氧化碳]] (CO<sub>2</sub>分離後，加以處理，再運輸到某些地點長期封存。<ref name=":9" />{{Rp|page=2221}}通常這類二氧化碳是從大型[[點源污染|點源]]（例如[[化學工廠]]或生物質工廠）內所捕獲，經處理後再儲存在深層{{le|地質結構|geological formation}}中。如此做的目的是減少[[溫室氣體排放]]進入大氣，以[[氣候變化緩解|緩解氣候變化]]。 |
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二氧化碳可透過吸附或氣體分離膜等技術來收集。胺是最為領先的碳吸附技術。收集及壓縮二氧化碳可能會增加一間燃煤的CCS發電廠大約25至40%的能源需求，再加上其他系統成本，可能會增加發電廠產生每瓦特能量的成本大約21至91%<ref name="IPCC_2005"/>。將這項技術應用至現有的發電廠會更為昂貴，特別是當發電廠遠離封存二氧化碳的地點。 |
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直接從工業來源（例如{{le|水泥窯|Cement kiln}}）捕集二氧化碳的技術有多種，包括[[吸附]]、化學循環（參見{{le|化學循環燃燒|Chemical looping combustion}}#CO2 capture |
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二氧化碳可被藏於地層深處或以礦物碳酸鹽形式儲存。由於海洋酸化的相關效應，因此深海儲存是不可行的<ref>{{Cite web |url = http://www.greenfacts.org/en/co2-capture-storage/ |title = CO2 Capture and Storage |publisher = GreenFacts |accessdate = 2016-06-11 |archive-date = 2016-06-09 |archive-url = https://web.archive.org/web/20160609021424/http://www.greenfacts.org/en/co2-capture-storage/ |dead-url = no }}</ref>，而地層則是目前被認為最有前途的封存地點。根據[[國家能源技術實驗室]]（NETL）的報導，按照在目前的二氧化碳生產速度，北美地區擁有足夠的存儲容量，甚至可用作存儲超過900年<ref>{{Cite web |url = http://www.netl.doe.gov/technologies/carbon_seq/refshelf/atlas/index.html |title = NETL 2007 Carbon Sequestration Atlas |publisher = [[國家能源技術實驗室]] |accessdate = 2016-06-11 |archive-date = 2013-07-28 |archive-url = https://web.archive.org/web/20130728105839/http://www.netl.doe.gov/technologies/carbon_seq/refshelf/atlas/index.html |dead-url = no }}</ref>。然而，有關海底或地下存儲的安全性的長期預測是非常困難的和有著不確定性，以及仍然存在著二氧化碳可能洩漏到大氣中的問題<ref>{{cite journal |authors = Jack J.C. Phelpsa, Jerry C. Blackfordb, Jason T. Holta, Jeff A. Poltona |date = 2015 |title = Modelling large-scale CO2 leakages in the North Sea |journal = International Journal of Greenhouse Gas Control |volume = 38 |pages = 210-220 |doi = 10.1016/j.ijggc.2014.10.013 |access-date = 2016-06-11}}</ref>。 |
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}}）、{{le|薄膜氣體分離|membrane gas separation}}或[[籠形水合物|氣體水合]]。<ref name="Bui 2018">{{cite journal |last1=Bui |first1=Mai |last2=Adjiman |first2=Claire S. |last3=Bardow |first3=André |last4=Anthony |first4=Edward J. |last5=Boston |first5=Andy |last6=Brown |first6=Solomon |last7=Fennell |first7=Paul S. |last8=Fuss |first8=Sabine |last9=Galindo |first9=Amparo |last10=Hackett |first10=Leigh A. |last11=Hallett |first11=Jason P. |last12=Herzog |first12=Howard J. |last13=Jackson |first13=George |last14=Kemper |first14=Jasmin |last15=Krevor |first15=Samuel |date=2018 |title=Carbon capture and storage (CCS): the way forward |journal=Energy & Environmental Science |volume=11 |issue=5 |pages=1062–1176 |doi=10.1039/C7EE02342A |doi-access=free |last16=Maitland |first16=Geoffrey C. |last17=Matuszewski |first17=Michael |last18=Metcalfe |first18=Ian S. |last19=Petit |first19=Camille |last20=Puxty |first20=Graeme |last21=Reimer |first21=Jeffrey |last22=Reiner |first22=David M. |last23=Rubin |first23=Edward S. |last24=Scott |first24=Stuart A. |last25=Shah |first25=Nilay |last26=Smit |first26=Berend |last27=Trusler |first27=J. P. Martin |last28=Webley |first28=Paul |last29=Wilcox |first29=Jennifer |last30=Mac Dowell |first30=Niall}}</ref><ref>{{cite journal |last1=D'Alessandro |first1=Deanna M. |last2=Smit |first2=Berend |last3=Long |first3=Jeffrey R. |date=2010-08-16 |title=Carbon Dioxide Capture: Prospects for New Materials |url=http://infoscience.epfl.ch/record/200571 |journal=Angewandte Chemie International Edition |volume=49 |issue=35 |pages=6058–6082 |doi=10.1002/anie.201000431 |pmid=20652916}}</ref>截至2022年，全球二氧化碳排放量中約有千分之一經CCS技術捕集，大多數項目是在{{le|天然氣處理|Natural-gas processing}}廠內運作。<ref name=":5" />{{Rp|page=32}}目前這種碳捕集技術的成功率通常在50%至68%之間，<ref>A Vaughan, 'Most major carbon capture and storage projects haven't met targets' (2022-09-01) [https://www.newscientist.com/article/2336018-most-major-carbon-capture-and-storage-projects-havent-met-targets/ New Scientist]</ref>但有些項目的成功率已超過95%。<ref>A Moseman, 'How efficient is carbon capture and storage?' (2021-02-21) [https://climate.mit.edu/ask-mit/how-efficient-carbon-capture-and-storage MIT Climate Portal]</ref> |
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反對者指出許多CCS項目未能實現其承諾的減排量。<ref>{{Cite news |last=Groom |first=Nichola |date= 2020-08-07 |title=Problems plagued U.S. {{CO2}} capture project before shutdown: document |language=en |work=Reuters |url=https://www.reuters.com/article/us-usa-energy-carbon-capture-idUSKCN2523K8 |access-date=2021-07-19}}</ref>此外，反對者認為碳捕集與封存只是種幌子，把僅有邊際減排效果的技術作為可無限期使用化石燃料的藉口。 |
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== 技术背景 == |
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自工业革命以来，科学技术的迅速发展以及工业化进程的加快使得人类的生活水平得到了很大的提升。但随着社会发展而引发的自然环境的恶化也日益严重，其中包括煤、石油等化石能源的燃烧产生的温室气体所引发的全球气候变暖问题已成为21世纪人类面临的重大挑战，而在排放的各种温室气体中，CO<sub>2</sub>大约占温室气体总量的26％，是主要的温室气体。大气中CO<sub>2</sub>的浓度不断增加也导致了地球表面的平均温度逐年升高，与1986-2005年相比，预计2016-2035年全球平均地表温度将升高0.3～0.7℃，2081-2100年将升高0.3～4.8℃。人为温室气体排放越多，增温幅度就越大。全球温度的升高将会导致人类自身赖以生存的生态环境的恶化，给人类和自然生态系统带来灾难性的后果，成为影响世界经济秩序和国际关系的一个重要因素。 |
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[[碳捕集與利用]] (Carbon capture and utilization，簡稱CCU) 和CCS有時被統稱為"碳捕獲、利用和截存"(carbon capture, utilization, and sequestration，簡稱CCUS)。因為CCS是種成本相對昂貴的工藝，其生產出來的東西往往又過於便宜，<ref name=":8">{{Cite web |last=Ghilotti |first=Davide |date=2022-09-26 |title=High carbon prices spurring Europe's CCS drive {{!}} Upstream Online |url=https://www.upstreamonline.com/energy-transition/high-carbon-prices-spurring-europe-s-ccs-drive/2-1-1308488 |access-date=2022-10-01 |website=Upstream Online {{!}} Latest oil and gas news |language=en}}</ref>這使得在[[碳定價]]足夠高的地方（例如在[[歐洲]]大部分地區）進行碳捕集才具有經濟上的意義，<ref name=":5" />或者是加以利用，讓廉價的二氧化碳能用於生產高價值的化學品，以抵消捕集作業所花費的成本。<ref>{{Cite web|title=Dream or Reality? Electrification of the Chemical Process Industries|url=https://www.aiche-cep.com/cepmagazine/march_2021/MobilePagedArticle.action?articleId=1663852|access-date=2021-08-22|website=www.aiche-cep.com|language=en}}</ref> |
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将固定点源产生的CO<sub>2</sub>通过收集、捕获，将其注入地下储存于相对封闭的地质构造中，即CO<sub>2</sub>地质储存，从而减少CO<sub>2</sub>向大气中的人为排放，是目前国际社会公认的有效、直接的CO<sub>2</sub>减排手段之一。 |
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二氧化碳可儲存在深層地質結構中，或是轉化為礦物[[碳酸鹽]]的形式後再儲存。有種{{le|熱裂解碳捕集和儲存|Pyrogenic carbon capture and storage}}（簡稱PyCCS，參見#Technology部分）工藝也在研究之中。<ref>{{cite journal |last1=Werner |first1=C |last2=Schmidt |first2=H-P |last3=Gerten |first3=D |last4=Lucht |first4=W |last5=Kammann |first5=C |title=Biogeochemical potential of biomass pyrolysis systems for limiting global warming to 1.5 °C |journal=Environmental Research Letters |date=2018-04-01 |volume=13 |issue=4 |pages=044036 |doi=10.1088/1748-9326/aabb0e |bibcode=2018ERL....13d4036W |doi-access=free }}</ref>深層地質結構目前被認為是最具前景的封存地點。[[國家能源技術實驗室|美國國家能源技術實驗室]] (NETL) 稱，按照目前的生產速度，在[[北美洲]]可供儲存二氧化碳的地點足以應付900多年的產量。<ref name="Carbon Storage Program">{{Cite web|title=Carbon Storage Program|url=http://www.netl.doe.gov/coal/carbon-storage|access-date=2021-12-30|website=netl.doe.gov|language=en|archive-date=2021-12-29|archive-url=https://web.archive.org/web/20211229204008/https://www.netl.doe.gov/coal/carbon-storage|url-status=dead}}</ref>而對這種儲存技術，普遍會產生的問題是這類在海底或是地下儲存的做法，其長期安全性難以預測，而且有不確定性，因為仍存在一些二氧化碳會洩漏的風險。<ref>{{cite journal |last1=Phelps |first1=Jack J.C. |last2=Blackford |first2=Jerry C. |last3=Holt |first3=Jason T. |last4=Polton |first4=Jeff A. |title=Modelling large-scale {{CO2}} leakages in the North Sea |journal=International Journal of Greenhouse Gas Control |date=July 2015 |volume=38 |pages=210–220 |doi=10.1016/j.ijggc.2014.10.013 |doi-access=free }}</ref><ref>{{Cite web |last=Climatewire |first=Christa Marshall |title=Can Stored Carbon Dioxide Leak? |url=https://www.scientificamerican.com/article/can-stored-carbon-dioxide-leak/ |access-date=2022-05-20 |website=Scientific American |language=en}}</ref><ref>{{Cite journal |last1=Vinca |first1=Adriano |last2=Emmerling |first2=Johannes |last3=Tavoni |first3=Massimo |date=2018 |title=Bearing the Cost of Stored Carbon Leakage |journal=Frontiers in Energy Research |volume=6 |doi=10.3389/fenrg.2018.00040 |doi-access=free }}</ref>儘管如此，最近發佈的報導及研究報告估計大量洩漏的風險相對不高，且基於緩解氣候變化的理由，CCS仍值得進行。<ref>{{Cite journal |last1=Alcalde |first1=Juan |last2=Flude |first2=Stephanie |last3=Wilkinson |first3=Mark |last4=Johnson |first4=Gareth |last5=Edlmann |first5=Katriona |last6=Bond |first6=Clare E. |last7=Scott |first7=Vivian |last8=Gilfillan |first8=Stuart M. V. |last9=Ogaya |first9=Xènia |last10=Haszeldine |first10=R. Stuart |date=2018-06-12 |title=Estimating geological CO<sub>2</sub> storage security to deliver on climate mitigation |journal=Nature Communications |language=en |volume=9 |issue=1 |pages=2201 |doi=10.1038/s41467-018-04423-1 |pmid=29895846 |pmc=5997736 |bibcode=2018NatCo...9.2201A |s2cid=48354961 }}</ref><ref>{{Cite web |last1=Alcade |first1=Juan |last2=Flude |first2=Stephanie |title=Carbon capture and storage has stalled needlessly – three reasons why fears of CO<sub>2</sub> leakage are overblown |url=http://theconversation.com/carbon-capture-and-storage-has-stalled-needlessly-three-reasons-why-fears-of-co-leakage-are-overblown-130747 |access-date=2022-05-20 |website=The Conversation |language=en}}</ref>{{when|date=November 2022}} |
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== CO<sub>2</sub>封存原理 == |
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CO<sub>2</sub>在深部咸水层中的捕获形式有气体捕获、溶解态捕获和矿物态捕获三种。气体捕获是指超临界CO<sub>2</sub>被注入地层后，在高温高压条件下，能够以自由态形式存在于地层中的CO<sub>2</sub>。溶解态捕获是指随着时间推移，CO<sub>2</sub>与咸水的界面上会达到两相平衡，这个过程中，储集岩孔隙中运移的气态CO<sub>2</sub>在与深部咸水层接触时溶解在其中，在地层中以溶解态CO<sub>2</sub>的形式运移和埋存。矿物态捕获是溶解CO<sub>2</sub>通过与储层中矿物反应，形成碳酸盐类物质，最终以矿物沉淀形式被固定下来的CO<sub>2</sub>。 |
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==用語來源== |
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超临界CO<sub>2</sub>注入深部咸水层之后，如何以这三种捕获形式封存于地层中以及这三种形式之间如何转化、何时转化主要由四种储存机理决定： |
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所謂碳捕集與封存這一用語，也稱為二氧化碳捕集與封存（carbon dioxide capture and storage），後者是[[國際標準化組織]]（ISO）所推薦的用法，（參見ISO 27917，<ref>{{cite web| url =https://www.iso.org/standard/72969.html | title =ISO 27917:2017 |
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Carbon dioxide capture, transportation and geological storage — Vocabulary — Cross cutting terms | publisher =ISO | date = | accessdate = 2023-07-12 }}</ref>）因為它更準確：目標是捕集二氧化碳，而非捕集碳。此用語的定義是："將相關工業和能源來源產生相對純淨的二氧化碳 (CO<sub>2</sub>) 流分離（捕集）、調整、壓縮，並運送到適當地點儲存，以長期與大氣隔離的過程。"<ref name=":9">IPCC, 2021: [https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/downloads/report/IPCC_AR6_WGI_AnnexVII.pdf Annex VII: Glossary] [Matthews, J.B.R., V. Möller, R. van Diemen, J.S. Fuglestvedt, V. Masson-Delmotte, C. Méndez, S. Semenov, A. Reisinger (eds.)]. In [https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/ Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change] [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 2215–2256, doi:10.1017/9781009157896.022.</ref>{{Rp|page=2221}}CCS的用語及概念與[[生物能源與碳捕獲和儲存]]（簡稱BECCS）、[[碳截存]]（Carbon sequestration）和[[le|二氧化碳移除|carbon dioxide removal }}（也稱為負排放）有關聯。 |
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[[碳捕集與利用]]（CCUS）指的是捕集二氧化碳，處理後供進一步使用的過程。<ref name=":02">{{cite journal |last1=Cuéllar-Franca |first1=Rosa M. |last2=Azapagic |first2=Adisa |date=March 2015 |title=Carbon capture, storage and utilisation technologies: A critical analysis and comparison of their life cycle environmental impacts |journal=Journal of {{CO2}} Utilization |volume=9 |pages=82–102 |doi=10.1016/j.jcou.2014.12.001 |doi-access=free}}</ref> |
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=== 构造地层储存机理/水动力储存机理 === |
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当注入的CO<sub>2</sub>在上覆不渗透盖层的阻挡作用下，无法进行横向和侧向迁移而被滞留在盖层下部时，就形成了构造地层圈闭，这种利用上部圈闭构造阻止CO<sub>2</sub>在浮力作用下向上运移，从而达到储存CO<sub>2</sub>目的的机理即为构造地层储存机理。如果深部咸水层的储层没有完全封闭，而是以侧向的静水压力为封闭条件，将注入的超临界CO<sub>2</sub>圈闭在一个相对密闭的空间内，这种机理即为水动力储存机理。 |
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CCS和CCUS兩種用語通常可互換使用。<ref>{{cite web| url =https://ccsknowledge.com/what-is-ccs | title =What is CCUS? | publisher =International CCS Knolwledge Center | date = | accessdate = 2023-07-12 }}</ref>兩者之間的區別在於後者把所捕集的碳提出"利用"的概念 - 例如用於[[提高原油採收率]]（簡稱EOR）、具有製造液體燃料的潛力，或製造有用的消費產品（例如[[塑料]]）。 |
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=== 毛细储存机理 === |
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主要是因为超临界CO<sub>2</sub>与咸水具有不同的浸润性，在气液相界面的表面张力作用下，少量的超临界CO<sub>2</sub>流体被长久地滞留在储层介质的孔隙中。在低孔低渗场地中，毛细管力是控制这类咸水层中渗流过程的主要作用力，并且具有可观的储存潜力，近年来倍受人们关注。 |
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==目的== |
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=== 溶解储存机理 === |
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這種技術用於捕集由[[發電廠]]、工廠、使用燃料的產業和大型集約式畜牧設施所排放的二氧化碳，以減少溫室氣體排放進入大氣。 |
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指CO<sub>2</sub>气体或超临界流体溶解在地下水中，以CO<sub>2</sub>（aq）的形式被储存起来。很多研究者指出CO<sub>2</sub>在水中的溶解随环境温度、压力和盐度的不同而变化。 |
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===在減緩氣候變化中的作用=== |
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=== 矿物储存机理 === |
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{{main|{{le|氣候變化情景|Climate change scenario}}|{{le|共享社會經濟路徑|Shared Socioeconomic Pathways}}}} |
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是溶解于地层水的CO<sub>2</sub>，会改变地层水的 pH 值，破坏地层原有平衡状态，导致储层中矿物发生溶解反应，并产生新的碳酸盐沉淀矿物被固定下来。矿物储存被认为是长期有效储存CO<sub>2</sub>最稳定可靠的形式，矿物捕集能力主要取决于储层类型和矿物组成。 |
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{{模板:氣候變化緩解側邊欄}} |
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採用CCS，是為把氣候變化的影響緩解。大規模實施CCS，在達成穩定氣候，緩解負面影響方面可發揮重要作用。 CCS的主要作用是拉長由使用化石燃料轉換為[[永續能源|可持續能源]]的過程，而把轉型成本降低。對於在本世紀內要達到大氣中二氧化碳濃度為430-480[[百萬分比]]（ppm）/年的情景，僅實施默認技術的假設將會比採用CCS技術的成本高出29-297%。<ref name=":1">{{Cite web |title=DOE - Carbon Capture Utilization and Storage_2016!09!07 {{!}} Carbon Capture And Storage {{!}} Climate Change Mitigation |url=https://www.scribd.com/document/346930928/DOE-Carbon-Capture-Utilization-and-Storage-2016-09-07 |access-date=2018-12-03 |website=Scribd |language=en}}</ref><ref name=":0">{{Cite journal |last1=Pye |first1=Steve |last2=Li |first2=Francis G. N. |last3=Price |first3=James |last4=Fais |first4=Birgit |date=March 2017 |title=Achieving net-zero emissions through the reframing of UK national targets in the post-Paris Agreement era |url=http://discovery.ucl.ac.uk/1544992/1/Nature%20Energy%20Pye%20et%20al%202017%20%28Accepted%29%20-%20UCL%20dicovery.pdf |journal=Nature Energy |language=En |volume=2 |issue=3 |page=17024 |bibcode=2017NatEn...217024P |doi=10.1038/nenergy.2017.24 |s2cid=53506508 |issn=2058-7546}}</ref>[[巴黎協定]]的目標是要實現比[[第一次工業革命]]之前的平均氣溫升高不超過2.0°C的目標。如果要及時實現此目標，必須利用CCS，而在2060年至2070年之前實現淨零排放（達到[[碳中和]]）的目標。 而在2060-2070年之後，需要實現負排放才能維持地球升溫不高於2.0°C的目標。在其間採用的方法很大程度上由所使用的氣候變化電腦模型和預期的能源消耗模式所決定。但人們普遍認為如果要緩解任何負面的氣候變化影響，就需利用CCS。<ref>{{Cite journal |last1=Rogelj |first1=Joeri |author1-link=Joeri Rogelj |last2=Schaeffer |first2=Michiel |last3=Meinshausen |first3=Malte |last4=Knutti |first4=Reto |last5=Alcamo |first5=Joseph |last6=Riahi |first6=Keywan |last7=Hare |first7=William |date=2015 |title=Zero emission targets as long-term global goals for climate protection |url=http://stacks.iop.org/1748-9326/10/i=10/a=105007 |journal=Environmental Research Letters |language=en |volume=10 |issue=10 |pages=105007 |bibcode=2015ERL....10j5007R |doi=10.1088/1748-9326/10/10/105007 |issn=1748-9326 |doi-access=free}}</ref> |
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== CO<sub>2</sub>捕集 == |
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收集二氧化碳最為有效的方法是由點源污染中直接收集，例如一些大型的火力發電廠或生物能源設施、主要排放二氧化碳的行業、天然氣處理或[[合成燃料]]廠，以及以化石燃料為基礎、生產氫的工廠。從空氣中收集二氧化碳亦可行但不實際，因為空氣中的二氧化碳是未經壓縮的<ref>{{cite conference |authors = Klaus S. Lackner, Patrick Grimes, Hans-J. Ziock |date = 2001 |title = Capturing Carbon Dioxide From Air |url = http://www.netl.doe.gov/publications/proceedings/01/carbon_seq/7b1.pdf |conference = First National Conference on Carbon Sequestration |access-date = 2016-06-11 |archive-date = 2016-03-05 |archive-url = https://web.archive.org/web/20160305101315/http://www.netl.doe.gov/publications/proceedings/01/carbon_seq/7b1.pdf |dead-url = no }}</ref>。 |
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想把全球升溫控制在不超過第一次工業革命前平均溫度的1°C，現在看來是不可想像。因為截至2017年，全球氣溫已上升1°C。<ref>M. R. Allen, O. P. Dube, W. Solecki, F. Aragón–Durand, W. Cramer, S. Humphreys, M. Kainuma, J. Kala, N. Mahowald, Y. Mulugetta, R. Perez, M. Wairiu, K. Zickfeld, 2018, Framing and Context. In: [https://www.ipcc.ch/sr15/ Global warming of 1.5°C. An IPCC Special Report on the impacts of global warming of 1.5°C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways, in the context of strengthening the global response to the threat of climate change, sustainable development, and efforts to eradicate poverty] [V. Masson-Delmotte, P. Zhai, H. O. Pörtner, D. Roberts, J. Skea, P.R. Shukla, A. Pirani, W. Moufouma-Okia, C. Péan, R. Pidcock, S. Connors, J. B. R. Matthews, Y. Chen, X. Zhou, M. I. Gomis, E. Lonnoy, T. Maycock, M. Tignor, T. Waterfield (eds.)]. In Press.</ref>由於我們無法立即將溫度控制在不超過1°C的目標，下一個符合實際的目標就是1.5°C。將升溫保持在1.5°C以下的情況具有挑戰性，但並非不可能。<ref name=":2">{{Cite journal |last1=Tavoni |first1=Massimo |last2=Stehfest |first2=Elke |last3=Humpenöder |first3=Florian |last4=Havlík |first4=Petr |last5=Harmsen |first5=Mathijs |last6=Fricko |first6=Oliver |last7=Edmonds |first7=Jae |last8=Drouet |first8=Laurent |last9=Doelman |first9=Jonathan |date=April 2018 |title=Scenarios towards limiting global mean temperature increase below 1.5 °C |url=http://pure.iiasa.ac.at/id/eprint/15153/1/Revision3_SSPx-1.9_20180122_clean_textonly_layout.pdf |journal=Nature Climate Change |language=en |volume=8 |issue=4 |pages=325–332 |bibcode=2018NatCC...8..325R |doi=10.1038/s41558-018-0091-3 |issn=1758-6798 |hdl=1874/372779 |s2cid=56238230}}</ref> |
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在氧氣中，燃燒煤炭時所產生的煙氣含有高濃度的二氧化碳，大約是10至15%，而天然氣發電廠的煙氣只含有5至10%的二氧化碳<ref>{{cite journal |authors = Thomas M. McDonald, Jarad A. Mason, Xueqian Kong, Eric D. Bloch, et al. |date = 2015-03-19 |title = Cooperative insertion of CO2 in diamine-appended metal-organic frameworks |journal = Nature |volume = 519 |pages = 303-308 |doi = 10.1038/nature14327 |access-date = 2016-06-11}}</ref>。因此，在火力發電廠進行碳收集是更有效及符合成本效益。 |
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針對不超過2.0°C的目標，[[聯合國]][[政府間氣候變化專門委員會]]（IPCC）已開發出{{le|共享社會經濟路徑|Shared socioeconomic pathways}}（SSP），為{{le|代表性濃度路徑|Representative Concentration Pathway}}（RCP）模型的綜合工作添加社會經濟維度。所有SSP中所假設的情景都顯示不再依賴有增無減的化石燃料，即不包含CCS的過程。 <ref name=":2" /> |
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===捕集方式=== |
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{{see|:en:Direct air capture}} |
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*吸附劑：氧化鈣（石灰） |
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:在一大氣壓下將[[碳酸鈣]]加熱到900℃會分解成[[氧化鈣]]和[[二氧化碳]]（此為可逆反應）<ref>{{cite web |author1=雷漢欣 |title=巨無霸空氣清淨機－鈣迴路碳捕獲技術 |url=https://pansci.asia/archives/68937 |website=PanSci 泛科學 |accessdate=2020-05-25 |archive-date=2017-06-11 |archive-url=https://web.archive.org/web/20170611215402/http://pansci.asia/archives/68937 |dead-url=no }}</ref> |
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:: <math>\rm CaCO_3 \rightarrow CaO+CO_2 \uparrow </math> |
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*[[氫氧化鉀]]吸收[[二氧化碳]]形成[[碳酸鉀]]（[[肥料|鉀肥]]）與[[水]] |
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:: <math>\rm KOH + CO_2 = K_2CO_3 +H_2O </math> |
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*Faradaic electro-swing reactive adsorption for CO2 capture<ref>{{cite news |author1=Sahag Voskian and T. Alan Hatton |title=Faradaic electro-swing reactive adsorption for CO2 capture |url=https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/EE/C9EE02412C |accessdate=2020-05-25 |work=Energy & Environmental Science |issue=2019-12 |publisher=Royal Society of Chemistry |archive-date=2020-05-14 |archive-url=https://web.archive.org/web/20200514023254/https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c9ee02412c |dead-url=no }}</ref> |
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為在2100年之前實現升溫不超過1.5°C的目標，必須把以下假設列入考慮：排放量必須在2020年達到峰值，然後下降，因而有必要將二氧化碳淨排放量減少到零，在21世紀下半葉實現負排放。為實現這些假設目標，使用化石燃料的工廠必須採用CCS的做法。由於要達到升溫不超過1.5℃的目標，必須更嚴格實施減排，因此可採用生物能源與碳捕獲和儲存（BECCS）等技術，以及[[植樹造林]]等自然氣候解決方案來實現全球減排。<ref>{{Cite web |date=2018-03-05 |title=New scenarios show how the world could limit warming to 1.5C in 2100 |url=https://www.carbonbrief.org/new-scenarios-world-limit-warming-one-point-five-celsius-2100 |access-date=2018-12-06 |website=Carbon Brief |language=en}}</ref>對於把上限控制在1.5°C之內，BECCS有其必要。模型估計縱然有BECCS的幫助，大氣中仍有150至12,000吉噸（Gt，十億噸）的二氧化碳需要去除。<ref name=":2" /> |
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== CO<sub>2</sub>運輸 == |
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收集二氧化碳後需要將它運送到合適的儲存地點。最有可能的方法是依靠管道進行輸送，因為這種方法是最為便宜。在2008年，美國大約有5,800公里的二氧化碳管道用作輸送二氧化碳至[[油田]]，以注入老油田開採石油。這種將二氧化碳注入油田再開採石油的技術名為[[提高原油採收率|強化採油技術]]。此外，也有數個進行至不同階段的試點項目用以測試二氧化碳長期儲存在非用作石油生產的地層。 |
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==技術組合== |
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根據美國國會研究服務部，有數個關於管道的重要問題懸而未決，包括管道網絡的要求、管道安全、經濟管制、效用及成本回收，以及二氧化碳本身的分類監管。此外，由於用作提高原油採收的二氧化碳管道正在運作，因此在影響二氧化碳管道的政策決定上看不見有急切性及緊迫性。另外，在聯邦分類上，二氧化碳分別被土地管理局及環境保護局視為商品及污染物，因此有可能製造一個直接衝突，故需要確保管道不是為了在未來實施CCS，而是用於保證現時的CO2管道業務及未來CCS的一致性。<ref>{{cite report |authors = Adam Vann, Paul W. Parfomak |date = 2008-04-15 |title = CRS Report for Congress: Regulation of Carbon Dioxide (CO2) Sequestration Pipelines: Jurisdictional Issues |url = http://www.marstonlaw.com/index_files/CO2%20Pipeline%20Regulation-Jurisdictional%20Issues%20(2008-04-15)%20(RL34307).pdf |publisher = Congressional Research Service |access-date = 2016-06-11 |deadurl = yes |archiveurl = https://web.archive.org/web/20160711090120/http://marstonlaw.com/index_files/CO2%20Pipeline%20Regulation-Jurisdictional%20Issues%20%282008-04-15%29%20%28RL34307%29.pdf |archivedate = 2016年7月11日 |df = }}</ref> |
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===捕集=== |
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直接在點源捕集二氧化碳（例如大型碳基能源設施、二氧化碳排放量大的行業（例如[[水泥]]生產、煉鋼<ref>{{cite journal |last1=De Ras |first1=Kevin |last2=Van de Vijver |first2=Ruben |last3=Galvita |first3=Vladimir V |last4=Marin |first4=Guy B |last5=Van Geem |first5=Kevin M |title=Carbon capture and utilization in the steel industry: challenges and opportunities for chemical engineering |journal=Current Opinion in Chemical Engineering |date= 2019-12-01 |volume=26 |pages=81–87 |doi=10.1016/j.coche.2019.09.001 |s2cid=210619173 }}</ref>）、天然氣處理、合成燃料工廠和由化石燃料生產{{le|氫氣生產|Hydrogen production|氫氣}}工廠）最具成本效益。從空氣中捕集二氧化碳在技術上可行，<ref>{{cite web |url=http://www.netl.doe.gov/publications/proceedings/01/carbon_seq/7b1.pdf |title=Capturing CO<sub>2</sub> From Air |access-date=2011-03-29 |archive-date=2016-03-05 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160305101315/http://www.netl.doe.gov/publications/proceedings/01/carbon_seq/7b1.pdf |url-status=dead }}</ref>但空氣中二氧化碳的濃度遠較燃燒所產生者為低，讓實施工程複雜，成本昂貴。<ref>{{cite web |date= May 2018 |url= http://www.geoengineeringmonitor.org/2018/05/direct-air-capture/ |title= Direct Air Capture Technology (Technology Fact Sheet), Geoengineering Monitor |access-date= 2018-07-01 |archive-date= 2019-08-26 |archive-url= https://web.archive.org/web/20190826112625/http://www.geoengineeringmonitor.org/2018/05/direct-air-capture/ |url-status= dead }}</ref>目前碳捕集項目的淨封存效率可達到6%~56%。<ref>On the sustainability of CO2 storage through CO2 – Enhanced oil recovery.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261919321555</ref> |
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二氧化碳流中的雜質（如[[硫]]和[[水]]分）可能對流程產生重大影響，並會對管道和儲槽造成腐蝕。在二氧化碳中有雜質的情況下，尤其是由空氣捕集時，一開始就需對[[煙道氣]]採取分離雜質的做法。<ref>{{cite web|url=http://www.globalccsinstitute.com/publications/good-plant-design-and-operation-onshore-carbon-capture-installations-and-onshore-pip-24#carbon-dioxide-purification|title=Good plant design and operation for onshore carbon capture installations and onshore pipelines - 5 CO<sub>2</sub> plant design|publisher=Energy Institute|access-date=2012-03-13|archive-url=https://web.archive.org/web/20131015221653/http://www.globalccsinstitute.com/publications/good-plant-design-and-operation-onshore-carbon-capture-installations-and-onshore-pip-24#carbon-dioxide-purification|archive-date=2013-10-15|url-status=dead}}</ref> |
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在部份不能依賴管道進行輸送的地方，船隻亦會被用作運送二氧化碳。 |
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人們正在探索各種分離雜質的技術，包括氣相分離、液體吸收和固體吸附，以及混合工藝（例如吸附/薄膜系統）。<ref>{{Cite journal |last1=Badiei |first1=Marzieh |last2=Asim |first2=Nilofar |last3=Yarmo |first3=Mohd Ambar |last4=Jahim |first4=Jamaliah Md |last5=Sopian |first5=Kamaruzzaman |date=2012 |title=Overview of Carbon Dioxide Separation Technology |url=http://www.actapress.com/PaperInfo.aspx?paperId=454741 |journal=Power and Energy Systems and Applications |location=Las Vegas, USA |publisher=ACTAPRESS |doi=10.2316/P.2012.788-067 |isbn=978-0-88986-939-4}}</ref>進行這類捕集的方式有三種：{{le|燃燒後捕集|Post-combustion capture}}、燃燒前捕集和{{le|富氧燃燒工藝|Oxy-fuel combustion process}}：<ref>{{Cite journal |last1=Kanniche |first1=Mohamed |last2=Gros-Bonnivard |first2=René |last3=Jaud |first3=Philippe |last4=Valle-Marcos |first4=Jose |last5=Amann |first5=Jean-Marc |last6=Bouallou |first6=Chakib |date=2010-01-01 |title=Pre-combustion, post-combustion and oxy-combustion in thermal power plant for {{CO2}} capture |url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431109001471 |journal=Applied Thermal Engineering |series=Selected Papers from the 11th Conference on Process Integration, Modelling and Optimisation for Energy Saving and Pollution Reduction |language=en |volume=30 |issue=1 |pages=53–62 |doi=10.1016/j.applthermaleng.2009.05.005 |issn=1359-4311}}</ref> |
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== CO<sub>2</sub>注入 == |
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注入系统包括注入场地的地面设施，例如，存储设施、运输管道终端的任何分配管汇、至油井的分配管道、附加压缩设施、测量和控制系统、井口和注入井。 |
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*所謂燃燒後捕集是在化石燃料燃燒之後才把二氧化碳移除 - 這是種適用於燃燒化石燃料來發電的方案。二氧化碳是從發電廠或其他點源的煙道氣中捕集。這技術已廣為人知，目前也用於其他工業，但規模小於商業用的規模。燃燒後捕集方式廣受研究，可針對目前使用化石燃料的發電廠進行改造，把CCS技術作為減排的一種選項。<ref name="Capture in Metal–Org">{{cite journal |last1=Sumida |first1=Kenji |last2=Rogow |first2=David L. |last3=Mason |first3=Jarad A. |last4=McDonald |first4=Thomas M. |last5=Bloch |first5=Eric D. |last6=Herm |first6=Zoey R. |last7=Bae |first7=Tae-Hyun |last8=Long |first8=Jeffrey R. |title=CO<sub>2</sub> Capture in Metal–Organic Frameworks |journal=Chemical Reviews |date= 2011-12-28 |volume=112 |issue=2 |pages=724–781 |doi=10.1021/cr2003272 |pmid=22204561 }}</ref> |
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== 储存场所 == |
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*燃燒前捕集技術廣泛應用於化肥、化學、氣體燃料（H<sub>2</sub>（[[氫]氣]）、CH<sub>4</sub>（[[甲烷]]））和電力生產等領域。<ref>{{cite web |url=http://www.netl.doe.gov/publications/brochures/pdfs/Gasification_Brochure.pdf |title=Gasification Body |access-date=2010-04-02 |archive-url=https://web.archive.org/web/20080527234540/http://www.netl.doe.gov/publications/brochures/pdfs/Gasification_Brochure.pdf |archive-date=2008-05-27 |url-status=dead}}</ref>在這些情況下，化石燃料先被部分氧化（例如透過[[氣化作用]]）。生成的[[合成氣]]（CO（[[一氧化碳]]）和H<sub>2</sub>）中的CO與添加的水蒸汽（H<sub>2O</sub>）反應並轉化為CO<sub>2</sub>（二氧化碳）和H<sub>2</sub>。由此產生的二氧化碳可從相對純淨的廢氣流中捕集。 H<sub>2</sub>可用作燃料，二氧化碳在燃燒前即被捕集。此法與燃燒後捕集法相比，有幾個優點和缺點。<ref>{{cite web | url=http://www.claverton-energy.com/integrated-gasification-combined-cycle-for-carbon-capture-storage.html | title=(IGCC) Integrated Gasification Combined Cycle for Carbon Capture & Storage | publisher=Claverton Energy Group}} (conference, 24 October, Bath)</ref><ref>{{cite web|url=http://www3.imperial.ac.uk/carboncaptureandstorage|title=Carbon Capture and Storage at Imperial College London|website=Imperial College London}}</ref>而在燃燒後捕集、是在煙氣膨脹至大氣壓之前，即把二氧化碳移除。這類膨脹前的捕集（即從加壓氣體中捕集）是幾乎所有工業二氧化碳捕集工藝的標準，其規模與發電廠所採用的規模相同。<ref>{{cite conference |last1=Bryngelsson |first1=Mårten |last2=Westermark |first2=Mats |title=Feasibility study of CO<sub>2</sub> removal from pressurized flue gas in a fully fired combined cycle: the Sargas project |conference=Proceedings of the 18th International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems |pages=703–10 |year=2005 |url=http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-10976}}</ref><ref>{{cite journal |doi=10.1016/j.egypro.2009.01.184 |title= CO<sub>2</sub> capture pilot test at a pressurized coal fired CHP plant |year=2009 |last1=Bryngelsson |first1=Mårten |last2=Westermark |first2=Mats |journal=Energy Procedia |volume=1 |pages=1403–10|doi-access=free }}</ref> |
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在地质储存的过程中，二氧化碳在高压的条件下注入很深的地层结构中。这些地层结构有些已经安全地封存了石油、天然气或盐水等地下流体长达数百万年，因此对二氧化碳来说也适用。全世界的许多地方本身也有天然的地下二氧化碳气藏。地质专家们通过对这些成功的圈闭结构进行研究，总结出适合封存二氧化碳几种地质结构。 |
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*富氧燃燒方式，<ref>{{cite journal |doi=10.1109/MSPEC.2008.4428318 |title=Winner: Clean Coal - Restoring Coal's Sheen |year=2008 |last1=Sweet |first1=William |journal=IEEE Spectrum |volume=45 |pages=57–60|s2cid=27311899 }}</ref>是把燃料置在在純氧而非一般空氣中燃燒。為將產生的火焰溫度限制在傳統燃燒常見的水平，冷卻的煙氣會被重新注入燃燒室循環燃燒。煙氣主要由二氧化碳和水蒸氣組成，水蒸氣經過冷卻會凝結。結果剩下的是幾乎純淨的二氧化碳流。採用富氧燃燒方式的發電廠工藝有時被稱為"零排放"循環，因為捕集的二氧化碳不是從煙道氣流中去除的部分（如燃燒前和燃燒後捕集的情況），而是煙道氣流本身（水已冷凝後的近純淨二氧化碳）。但不可避免，會有一定比例的二氧化碳進入冷凝水中。為保證"零排放"，必須對此類水進行適當處理或是處置。 |
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====分離技術==== |
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地质封存的二氧化碳，是在高温高压的条件下，以超临界流体的形态注入地下的。超临界二氧化碳流体看上去像气体，可以轻易地在固体缝隙中扩散，同时他们也是液体，所占空间比气体小很多。超临界二氧化碳会随着地下深度的增加而进一步压缩，在地下岩石的缝隙中可以装下更多的二氧化碳，只要深度大于 800 米，地下的高压环境就能维持其超临界流体的状态。 |
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{{main|{{le|脫二氧化碳裝置|Carbon dioxide scrubber}}|直接空氣捕獲|{{le|碳污染緩解|Carbon pollution mitigation}}|{{le|胺氣處理|Amine gas treatment}}|{{le|薄膜氣體分離|Membrane gas separation}}|金屬有機框架材料}} |
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提出的主要碳捕集技術有：<ref name="Bui 2018" /><ref>{{Cite journal|last1=Jensen|first1=Mark J.|last2=Russell|first2=Christopher S.|last3=Bergeson|first3=David|last4=Hoeger|first4=Christopher D.|last5=Frankman|first5=David J.|last6=Bence|first6=Christopher S.|last7=Baxter|first7=Larry L.|date=November 2015|title=Prediction and validation of external cooling loop cryogenic carbon capture (CCC-ECL) for full-scale coal-fired power plant retrofit |journal=International Journal of Greenhouse Gas Control|language=en|volume=42|pages=200–212|doi=10.1016/j.ijggc.2015.04.009|doi-access=free}}</ref><ref>{{cite techreport |last1=Baxter |first1=Larry L |last2=Baxter |first2=Andrew |last3=Bever |first3=Ethan |last4=Burt |first4=Stephanie |last5=Chamberlain |first5=Skyler |last6=Frankman |first6=David |last7=Hoeger |first7=Christopher |last8=Mansfield |first8=Eric |last9=Parkinson |first9=Dallin |last10=Sayre |first10=Aaron |last11=Stitt |first11=Kyler |title=Cryogenic Carbon Capture Development Final/Technical Report |date=2019-09-28 |pages=DOE–SES–28697, 1572908 |doi=10.2172/1572908 |osti=1572908 |s2cid=213628936 }}</ref> |
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适合二氧化碳地质储存的位置包括：衰竭的油气田、深层盐水结构和深度不可开采煤层。其中衰竭油气田和深层盐水结构会用到前面提到的五种圈闭结构。在这些结构中，储存二氧化碳的沉积岩上部都有盖层。不可开采煤层目前还只是潜在的一个备选方案，因为它的储存二氧化碳的圈闭机制稍有不同，有时是填充在煤炭的颗粒当中。未来十年，我们还需要针对世界范围内不同的地质构造进行储存二氧化碳可行性的研究。 |
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*薄膜氣體分離 |
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*富氧燃燒 |
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*{{le|吸收（化學法）|Absorption (chemistry)}} |
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*多相吸收（Multiphase absorption） |
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*吸附 |
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*化學循環燃燒 |
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*{{le|鈣循環|Calcium looping}} |
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*低溫法 |
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其中吸收（化學法）（即加[[胺]]脫碳）是主要的捕集技術，是迄今唯一已達工業化應用的碳捕集技術。<ref>{{Cite web|title=Facility Data - Global CCS Institute|url=https://co2re.co/FacilityData|access-date=17 November 2020|website=co2re.co}}</ref>主要是用[[乙醇胺]] (MEA) 溶液來捕集二氧化碳，其[[比熱容]]在3-4J/( kg·K )（[[焦耳]]每[[千克]][[開爾文]]） 之間，主要是因大部分的成分是水。<ref>{{cite journal |last1=Herm |first1=Zoey R. |last2=Swisher |first2=Joseph A. |last3=Smit |first3=Berend |last4=Krishna |first4=Rajamani |last5=Long |first5=Jeffrey R. |title=Metal−Organic Frameworks as Adsorbents for Hydrogen Purification and Precombustion CO<sub>2</sub> Capture |journal=Journal of the American Chemical Society |date=2011-04-20 |volume=133 |issue=15 |pages=5664–5667 |doi=10.1021/ja111411q |pmid=21438585 |url=https://infoscience.epfl.ch/record/200724/files/Herm-2011-Metal-Organic%20Framew.pdf }}</ref><ref>{{cite journal |last1=Kulkarni |first1=Ambarish R. |last2=Sholl |first2=David S. |title=Analysis of Equilibrium-Based TSA Processes for Direct Capture of CO<sub>2</sub> from Air |journal=Industrial & Engineering Chemistry Research |date=2012-06-18 |volume=51 |issue=25 |pages=8631–8645 |doi=10.1021/ie300691c }}</ref>較高的熱容量會增加溶劑再生步驟中所需的能量懲罰（energy penalty）。 |
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=== 衰竭油气田 === |
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在衰竭油气田中，二氧化碳填充在原先储存油和气的岩石孔中。这也是最早的一种适于储存二氧化碳的地方，由于它会驱走残留在油田中的残余油，人们在 30 年前就开始往地下注入二氧化碳来提高老油田的采收率。提高的那部分产量还可以补偿捕获与储存二氧化碳的成本。另外，人们对老油田的地质构造信息掌握的更加全面，研究的更加透彻，当初对地下流体进行的建模同样可以用于二氧化碳。唯一需要注意的油田里废弃的油井，有些油井由于不正确的封闭，将来可能会成为二氧化碳逸出的路径。 |
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在CCS成本中，捕集所需的約佔三分之二，而成為部署CCS設施的限制條件。由於運輸和儲存在CCS中屬於相當成熟的步驟，因此將捕集程序優化可顯著提高CCS的可行性。<ref>{{cite journal |last1=McDonald |first1=Thomas M. |last2=Mason |first2=Jarad A. |last3=Kong |first3=Xueqian |last4=Bloch |first4=Eric D. |last5=Gygi |first5=David |last6=Dani |first6=Alessandro |last7=Crocellà |first7=Valentina |last8=Giordanino |first8=Filippo |last9=Odoh |first9=Samuel O. |last10=Drisdell |first10=Walter S. |last11=Vlaisavljevich |first11=Bess |last12=Dzubak |first12=Allison L. |last13=Poloni |first13=Roberta |last14=Schnell |first14=Sondre K. |last15=Planas |first15=Nora |last16=Lee |first16=Kyuho |last17=Pascal |first17=Tod |last18=Wan |first18=Liwen F. |last19=Prendergast |first19=David |last20=Neaton |first20=Jeffrey B. |last21=Smit |first21=Berend |last22=Kortright |first22=Jeffrey B. |last23=Gagliardi |first23=Laura |last24=Bordiga |first24=Silvia |last25=Reimer |first25=Jeffrey A. |last26=Long |first26=Jeffrey R. |title=Cooperative insertion of CO<sub>2</sub> in diamine-appended metal-organic frameworks |journal=Nature |date=2015-03-11 |volume=519 |issue=7543 |pages=303–308 |doi=10.1038/nature14327 |pmid=25762144 |bibcode=2015Natur.519..303M |hdl=11250/2458220 |s2cid=4447122 |url=https://escholarship.org/content/qt2vs0h0wg/qt2vs0h0wg.pdf?t=pc0dah }}</ref> |
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二氧化碳提高石油采收率技术是将二氧化碳注入油藏中，利用其与原油间的物理、化学、水力学作用，实现石油增采和二氧化碳封存的工业过程。该技术已被证明是众多三次采油技术中最为有效的技术之一，未随原油排除的二氧化碳将被永久封存到油藏中。 |
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另一種方法是化學循環燃燒（CLC）。 使用金屬氧化物作為固體氧載體。金屬氧化物顆粒在[[流化床]]燃燒器中與固體、液體或氣體燃料反應，產生固體金屬顆粒以及二氧化碳和水蒸氣的混合物。水蒸氣被冷凝，留下純二氧化碳，再做截存。固體金屬顆粒循環到另一個流化床，在那裡與空氣反應，產生熱量並再生為金屬氧化物顆粒，然後返回燃燒器。化學循環的一種變體是鈣循環，它使用氧化鈣作載體，做{{le|碳酸化|Carbonation}}和[[煅燒]]間的反覆循環。<ref>{{cite web|url=http://www.globalccsinstitute.com/publications/global-status-ccs-2011/online/26886#non-power-pcc-applications|title=The Global Status of CCS: 2011 - Capture|publisher=The Global CCS Institute|access-date= 2012-03-26|archive-url=https://web.archive.org/web/20130206033937/http://www.globalccsinstitute.com/publications/global-status-ccs-2011/online/26886#non-power-pcc-applications|archive-date= 2013-02-06|url-status=dead}}</ref> |
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二氧化碳提高天然气采收率技术指注入高压二氧化碳到即将枯竭的气藏恢复地层压力，由于重力分异作用二氧化碳会向下运移，促使天然气向顶部运移并稳定地产出，从而将自然衰竭无法开采的天然气驱替出来提高天然气的采收率，同时将大量二氧化碳封存于气藏地质结构中来实现二氧化碳减排，并且有效避免了坍塌沉淀和水侵等现象的发生。 |
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在2019年所做的一項研究，把兩種生產電力方法的{{le|能源投資回報|Energy return on investment}} (EROEI) 做估計，並把運營和基礎設施使用能源成本列入考慮，發現採用CCS的工廠效率比不上可再生電力的生產效率。可再生電力生產包括[[太陽能]]和[[風能]]，具有充足的儲能設施，以及可調度的電力輸送。因此可擴充的可再生電力加上儲存設施的快速擴張將比採用化石燃料加上CCS會有更好的效益。但該研究沒把這兩種選項是否可並行實施列入考慮。<ref>{{cite journal |last1=Sgouridis |first1=Sgouris |last2=Carbajales-Dale |first2=Michael |last3=Csala |first3=Denes |last4=Chiesa |first4=Matteo |last5=Bardi |first5=Ugo |title=Comparative net energy analysis of renewable electricity and carbon capture and storage |journal=Nature Energy |date=June 2019 |volume=4 |issue=6 |pages=456–465 |doi=10.1038/s41560-019-0365-7 |bibcode=2019NatEn...4..456S |s2cid=134169612 |url=https://eprints.lancs.ac.uk/id/eprint/133171/1/5890_4_art_0_pnk0xh.pdf }}</ref> |
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=== 深部咸水层 === |
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深层盐水结构是在很深很深的地下，其岩石孔隙上附着的水由于含盐和矿物质太高而无法使用。这种地质结构全世界到处都有，包括一些没有油气开采潜力的地方。这种结构符合所有能够长期储存二氧化碳的条件。二氧化碳注入到这些已经被圈闭住的流体之中，最终溶解于这些盐水之中，并与周围的岩石进行化学反应而进一步结合。深层盐水结构被认为是世界上能存储二氧化碳容量最大的地质结构，而且遍布世界各地。 |
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在{{le|吸附增強水煤氣變換|sorption enhanced water gas shift}} (SEWGS) 技術中，使用固體吸附的燃燒前碳捕集過程與{{le|水煤氣變換反應| water gas shift reaction}}(WGS) 結合，以產生高壓氫氣流。<ref>{{cite journal |last1=Jansen |first1=Daniel |last2=van Selow |first2=Edward |last3=Cobden |first3=Paul |last4=Manzolini |first4=Giampaolo |last5=Macchi |first5=Ennio |last6=Gazzani |first6=Matteo |last7=Blom |first7=Richard |last8=Heriksen |first8=Partow Pakdel |last9=Beavis |first9=Rich |last10=Wright |first10=Andrew |title=SEWGS Technology is Now Ready for Scale-up! |journal=Energy Procedia |date= 2013-01-01 |volume=37 |pages=2265–2273 |doi=10.1016/j.egypro.2013.06.107 }}</ref>這種技術產生的二氧化碳流可被儲存，或是用於其他工業過程。<ref>{{cite journal |last1=(Eric) van Dijk |first1=H. A. J. |last2=Cobden |first2=Paul D. |last3=Lukashuk |first3=Liliana |last4=de Water |first4=Leon van |last5=Lundqvist |first5=Magnus |last6=Manzolini |first6=Giampaolo |last7=Cormos |first7=Calin-Cristian |last8=van Dijk |first8=Camiel |last9=Mancuso |first9=Luca |last10=Johns |first10=Jeremy |last11=Bellqvist |first11=David |title=STEPWISE Project: Sorption-Enhanced Water-Gas Shift Technology to Reduce Carbon Footprint in the Iron and Steel Industry |journal=Johnson Matthey Technology Review |date=2018-10-01 |volume=62 |issue=4 |pages=395–402 |doi=10.1595/205651318X15268923666410 |hdl=11311/1079169 |s2cid=139928989 |hdl-access=free }}</ref> |
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二氧化碳强化深部咸水开采技术是指将二氧化碳注入深部咸水层或卤水层，驱替高附加值液体矿产资源（如锂盐、钾盐、溴素等）或深部咸水资源，加以综合开发和利用，同时实现二氧化碳长期储存的过程。该技术是传统的二氧化碳深部咸水层储存与地面咸卤水处理技术的组合。但与传统的储存相比，该技术因抽采深部地下水，一方面可增加二氧化碳储量、降低大规模二氧化碳储存风险，另一方面，抽采的咸卤水经过处理，可用于解决工农业用水困难，甚至可以获得高附加值的钾、锂、溴素等矿产资源。 |
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===壓縮=== |
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=== 深部不可开采煤层 === |
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二氧化碳經捕集後，通常會先壓縮成[[超臨界流體]]。經壓縮過的二氧化碳便於運輸。壓縮是在捕集所在地完成。壓縮過程需要用到自有能源。壓縮與捕集階段一樣，是通過增加{{le|寄生負載|parasitic load}}來達成。二氧化碳壓縮是種能源密集型過程，涉及使用複雜多階段壓縮機和電動冷卻過程。<ref>{{Cite journal |last1=Jackson |first1=S |last2=Brodal |first2=E |date=2018-07-23 |title=A comparison of the energy consumption for CO<sub>2</sub> compression process alternatives |url=http://dx.doi.org/10.1088/1755-1315/167/1/012031 |journal=IOP Conference Series: Earth and Environmental Science |volume=167 |issue=1 |pages=012031 |doi=10.1088/1755-1315/167/1/012031 |bibcode=2018E&ES..167a2031J |s2cid=149934234 |issn=1755-1307}}</ref> |
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深度不可开采煤层也是可能的存储结构。二氧化碳会进入煤块上的微小孔隙中，而且会被粘得牢牢的，甚至都不需要盖层来封闭住。煤通常都伴随有甲烷气，二氧化碳进来之后会驱替出这些甲烷，从而可以将它们收集起来作为燃料。这种生产甲烷气的方法被称作“增强型煤层甲烷气生产”，目前仍处在试验阶段，需要对二氧化碳的驱替和甲烷从煤中的释放过程进行大量的研究。 |
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===運輸=== |
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二氧化碳提高煤层气采收率技术是指将二氧化碳注入深部不可开采煤层中封存起来，同时将煤层中的煤层气驱替出来加以利用的过程。该过程不仅储存了二氧化碳，实现了温室气体减排，同时开采了煤层气这种优质能源，具有双赢效果。 |
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大量的高壓二氧化碳會透過管道輸送。 |
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例如[[美國]]在2008年使用大約5,800公里的二氧化碳管道，[[挪威]]使用一條160公里長的管道<ref name="POST1">{{cite journal |title={{CO2}} Capture, transport and storage |journal=Postnote |date=June 2009 |volume=335 |url=https://www.parliament.uk/documents/post/postpn335.pdf |access-date= 2019-08-10 |publisher=Parliamentary Office of Science and Technology |quote=Since 2008 Norway's Statoil has been transporting {{CO2}} (obtained from natural gas extraction) through a 160 km seabed pipeline}}</ref>將二氧化碳輸送到石油生產地點，然後注入舊油田，加壓以泵出石油。這種採油法稱為提高原油採收率法。目前也在開發試點計劃，測試在非產油的地質結構中長期儲存之用。[[英國]]{{le|議會科學技術辦公室|Parliamentary Office of Science and Technology}}將管道視為英國的主要運輸二氧化碳方式。<ref name=POST1 /> |
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在2021年，Navigator CO2 Ventures和Summit Carbon Solutions兩家公司計劃在美國中西部興建從[[北達科他州]]到[[伊利諾伊州]]的管道，把[[乙醇]]生產廠所產出的液化二氧化碳注入位於伊利諾伊州的多孔岩石中儲存。<ref>{{Cite news |last=STEPHEN GROVES |date= 2021-07-24 |title=Carbon-capture pipelines offer climate aid; activists wary |language=en |work=ABC News |url=https://abcnews.go.com/US/wireStory/carbon-capture-pipelines-offer-climate-aid-activists-wary-79034836 |access-date=2022-02-17}}</ref> |
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== 中国鄂尔多斯深部咸水层二氧化碳地质储存示范工程 == |
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中国神华集团在内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗实施了中国首个煤基全流程深部咸水层二氧化碳地质储存示范工程。<ref>{{Cite web|url=http://www.zgdzdcbjb.com/article/2015/2095-8706-2-4-36.html#outline_anchor_12|title=中国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程|accessdate=2018-10-27|work=www.zgdzdcbjb.com|archive-url=https://web.archive.org/web/20181027144703/http://www.zgdzdcbjb.com/article/2015/2095-8706-2-4-36.html#outline_anchor_12|archive-date=2018-10-27|dead-url=yes}}</ref>项目工程自2009年2月开始工作，2011年5月开始正式注入。至2015年4月，累积二氧化碳注入量达到30.3万吨。 |
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====運輸過程中洩漏==== |
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== 註釋 == |
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傳輸管道有洩漏或是破裂的可能。可在管道上安裝遠程控制閥門，以限制某一段管道的釋放量。例如一段被切斷，長達8公里，口徑為19英寸的管道可在大約3-4分鐘內釋放出1,300噸的二氧化碳。<ref name="Menzengraben">{{cite journal |last1=Hedlund |first1=Frank Huess |year=2012 |title=The extreme CO<sub>2</sub> outburst at the Menzengraben potash mine 1953-07-07 |url=http://orbit.dtu.dk/files/7931421/Menzen_53_submit_to_Orbit_.pdf |journal=Safety Science |volume=50 |issue=3 |pages=537–53 |doi=10.1016/j.ssci.2011.10.004 |s2cid=49313927}}</ref> |
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{{noteFoot}} |
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===封存（儲存）=== |
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== 參考資料 == |
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{{main|碳截存}} |
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人們已經設想出多種永久儲存二氧化碳的方法。包括於深層地質結構（包括鹽層和廢棄氣田）中的氣體儲存，以及將二氧化碳與金屬氧化物反應，產生穩定碳酸鹽的固體儲存。對於候選地點，需要預先評估的三大因素是封存容量、封存效率和注入效力。 <ref>Salt precipitation during CO2storage—A review,International Journal of Greenhouse Gas Control, 2016: 136-147.</ref>所謂地質封存，涉及的是把二氧化碳（通常以超臨界流體形式）注入深層地質結構中，包括油田、天然氣田、鹽層、無法開採的煤層和充滿[[鹵水]]的玄武岩層。在分子水平上，二氧化碳的分子被證明會影響到注入地層的機械特性。<ref>{{cite journal |last1=Simeski |first1=Filip |last2=Ihme |first2=Matthias |title=Corrosive Influence of Carbon Dioxide on Crack Initiation in Quartz: Comparison with Liquid Water and Vacuum Environments |journal=Journal of Geophysical Research: Solid Earth |date=2023-01-13 |volume=128 |issue=1 |doi=10.1029/2022JB025624|bibcode=2023JGRB..12825624S |s2cid=255922362 }}</ref>物理（例如，高度不滲透的[[蓋層]]）和地球化學捕集機制可防止二氧化碳逸出到地表。<ref name="Energy Institute">{{cite web|url=http://www.globalccsinstitute.com/publications/good-plant-design-and-operation-onshore-carbon-capture-installations-and-onshore-pip-13|title=Good plant design and operation for onshore carbon capture installations and onshore pipelines - Storage|publisher=Energy Institute|access-date=2012-12-11|archive-url=https://web.archive.org/web/20120918003620/http://www.globalccsinstitute.com/publications/good-plant-design-and-operation-onshore-carbon-capture-installations-and-onshore-pip-13|archive-date=2012-09-18|url-status=dead}}</ref> |
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無法開採的煤層可作為儲存二氧化碳之用，二氧化碳分子會附著在煤碳表面。如此做的技術可行性取決於煤層的滲透性。在吸收過程中，煤碳會釋放出先前吸收的甲烷，因此可採收甲烷（{{le|提高煤層甲烷回收率法|Enhanced coal bed methane recovery}}）。甲烷收入可抵消一部分作業成本，但甲烷是種強大的溫室氣體，在採收的過程中要避免其洩漏進入大氣。<ref>{{cite web| url =https://ieaghg.org/docs/general_publications/8.pdf | title =Storing CO2 in Unminable Coal Seams | publisher =IEA Greenhouse Gas R&D Programme | date = | accessdate = 2023-07-13 }}</ref> |
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鹽層含有礦化鹵水，目前尚未能對人類產生益處。在少數情況下，鹵水[[含水層]]會偶爾被用來儲存化學廢棄物。鹵水含水層的主要優點是其龐大的儲存能力，且普遍存在，但主要缺點是人們對其知之甚少。為讓儲存成本保持在可接受的範圍內，地球物理勘探可能會受限，而導致對含水層結構存有更多的未知。儲存在此處與儲存在油田或煤層的不同，無法產生副產品以抵消儲存成本。如結構封存、殘餘封存、溶解度封存和礦物封存等機制可將二氧化碳固定在地下，並降低洩漏風險。 <ref name="Energy Institute"/> |
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<ref>{{cite journal |doi=10.1017/jfm.2020.972 |author=Edward Hinton and Andrew Woods |journal=J. Fluid Mech. |title=Capillary trapping in a vertically heterogeneous porous layer |volume=910 |pages=A44 |year=2021 |bibcode=2021JFM...910A..44H |s2cid=231636769 }}</ref> |
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====提高原油採收率==== |
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偶爾會有把二氧化碳注入油田作為提高石油採收率的技術，<ref>{{Cite web|url=https://www.iea.org/newsroom/news/2018/november/whatever-happened-to-enhanced-oil-recovery.html|title=November: Whatever happened to enhanced oil recovery?|website=www.iea.org|access-date=2019-06-17}}</ref>雖然因此燃燒開採出的時候會產生溫室氣體排放，<ref>{{Cite web|url=http://watt-logic.com/2018/07/21/ccs/|title=Smoke & mirrors: a new report into the viability of CCS|last=Porter|first=Kathryn|date= 2018-07-20|website=Watt-Logic|language=en-GB|access-date=2019-06-17}}</ref>但因此執行的CCS措施有可能將此部分抵銷。<ref>{{Cite web|url=https://oilprice.com/Latest-Energy-News/World-News/Occidental-To-Remove-CO2-From-Air-Use-It-To-Boost-Oil-Recovery-In-The-Permian.html|title=Occidental To Remove CO<sub>2</sub> From Air, Use It To Boost Oil Recovery In The Permian|website=OilPrice.com|language=en|access-date= 2019-06-17}}</ref> |
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幾十年以來，會利用注入二氧化碳進入深層地質結構中，以提高石油/天然氣採收率，但這種做法會因燃燒天然氣或石油時產生更多溫室氣體排放，而受到批評。<ref name=":5" /> |
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====儲存過程中的洩漏風險==== |
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====長期封存==== |
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IPCC估計管理得當的儲存地點，其洩漏風險與當前採收碳氫化合物活動相關的風險相當。IPCC建議對可能發生的洩漏量設下限度。<ref>{{cite web |title=IPCC Special Report: CO<sub>2</sub> Capture and Storage Technical Summary |url=http://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srccs/srccs_technicalsummary.pdf |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20111005090148/http://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srccs/srccs_technicalsummary.pdf |archive-date=2011-10-05 |access-date= 2011-10-05 |publisher=Intergovernmental Panel on Climate Change}}</ref>然而由於缺乏經驗，這種建議存在爭議。<ref>{{cite journal |last1=Viebahn |first1=Peter |last2=Nitsch |first2=Joachim |last3=Fischedick |first3=Manfred |last4=Esken |first4=Andrea |last5=Schüwer |first5=Dietmar |last6=Supersberger |first6=Nikolaus |last7=Zuberbühler |first7=Ulrich |last8=Edenhofer |first8=Ottmar |date=April 2007 |title=Comparison of carbon capture and storage with renewable energy technologies regarding structural, economic, and ecological aspects in Germany |journal=International Journal of Greenhouse Gas Control |volume=1 |issue=1 |pages=121–133 |doi=10.1016/S1750-5836(07)00024-2}}</ref><ref>{{cite web |date=March 2013 |title=University of Sydney: Global warming effect of leakage from CO<sub>2</sub> storage |url=http://www.isa.org.usyd.edu.au/publications/ISA_CCSleakage.pdf}}</ref>二氧化碳可被困住達數百萬年的時間，雖然有發生一些洩漏的機率，但適當的封存地點可保留99%以上的二氧化碳，期間超過1,000年。<ref>{{cite web |title=Global Status of BECCS Projects 2010 - Storage Security |url=http://www.globalccsinstitute.com/publications/global-status-beccs-projects-2010/online/27051#storage-security |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20130519131259/http://www.globalccsinstitute.com/publications/global-status-beccs-projects-2010/online/27051#storage-security |archive-date=2013-05-19 |access-date=2012-04-05}}</ref> |
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以礦物形式的儲存被認為無任何洩漏風險。<ref>{{Cite web |title=Making Minerals-How Growing Rocks Can Help Reduce Carbon Emissions |url=https://www.usgs.gov/news/making-minerals-how-growing-rocks-can-help-reduce-carbon-emissions |access-date= 2021-10-31 |website=www.usgs.gov}}</ref> |
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在挪威的{{le|斯萊普納氣田|Sleipner gas field}}是全球歷時最久的工業級封存項目。在運行十年後所進行的環境評估，結論是透過地質封存是永久性封存方法中最明確的形式： |
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<blockquote>現有的地質信息顯示在烏茲拉沙層（Utsira formation（鹵水儲層）<ref>{{cite web| url =https://www.npd.no/globalassets/1-npd/publikasjoner/presentasjoner/poster-3-til-ngf-vintermotet-nett.pdf| title =The Upper Miocene-Lower Pliocene Utsira Formation in the northern North Sea |
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| publisher =Norwegian Petroleum Directorate | date = | accessdate = 2023-07-13 }}</ref>沉積之後，沒再發生重大地殼板塊事件，即表示地質環境構造穩定，適合二氧化碳封存。鹵水溶解度捕集是最長久、最安全的地質儲存形式。<ref>{{cite web |last=Wagner |first=Leonard |year=2007 |title=Carbon Capture and Storage |url=http://www.moraassociates.com/publications/0701%20Carbon%20capture%20and%20storage.pdf |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20120321214944/http://www.moraassociates.com/publications/0701%20Carbon%20capture%20and%20storage.pdf |archive-date=2012-03-21 |publisher=Moraassociates.com}}</ref></blockquote> |
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[[挪威國家石油公司]]於2009年3月發布一項研究報告，記錄經過10多年的運行後，儲存的二氧化碳在地層中緩慢擴散的情況。<ref name="Energy-pedia">{{cite web |date=2009-03-08 |title=Norway: StatoilHydro's Sleipner carbon capture and storage project proceeding successfully |url=http://www.energy-pedia.com/article.aspx?articleid=134204 |access-date= 2009-12-19 |publisher=Energy-pedia}}</ref> |
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洩漏進入大氣中的氣體可通過大氣氣體監測來檢測，並可通過{{le|渦流協方差|eddy covariance}}通量測量而予以量化。</ref><ref>Holloway, S., A. Karimjee, M. Akai, R. Pipatti, and K. Rypdal, 2006–2011. CO<sub>2</sub> Transport, Injection and Geological Storage, in Eggleston H.S., Buendia L., Miwa K., Ngara T., and Tanabe K. (Eds.), IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, IPCC National Greenhouse Gas Inventories Programme, WMO/UNEP</ref><ref>{{cite book |last1=Miles |first1=Natasha L. |title=CO<sub>2</sub> Capture for Storage in Deep Geologic Formations |last2=Davis |first2=Kenneth J. |last3=Wyngaard |first3=John C. |date=2005 |publisher=Elsevier Science |isbn=978-0-08-044570-0 |pages=1031–1044 |chapter=Detecting Leaks from Belowground CO<sub>2</sub> Reservoirs Using Eddy Covariance |doi=10.1016/B978-008044570-0/50149-5}}</ref> |
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====突發洩漏的風險==== |
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注入儲存地點的管道可安裝[[止回閥]]，以防止當上游管道損壞時，儲層內二氧化碳會不受控制往外洩漏。 |
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大規模二氧化碳排放會帶來窒息風險。例如發生在當時位於[[東德]]的{{le|1953年孟真格拉奔鉀鹽礦事故|1953 Menzengraben mining accident}}，有數千噸二氧化碳由礦坑內被釋放，導致幾百米範圍內發生三起死亡事件（一起由碎片殘骸造成，二起由窒息造成）。<ref name="Menzengraben" /><ref>{{cite journal |last1= Hedlund|first1=Frank Huess |last2= |first2= |date= |title= |url=https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S092575351100275X |journal= Safety Science |
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|volume=50 |issue=3 |pages=537-553 |doi= |access-date=2023-07-14}}</ref>另一事故於2008年某週六清晨發生在[[德國]]的[[門興格拉德巴赫]]，一大型倉庫中的二氧化碳工業滅火系統發生故障，釋放50噸二氧化碳，當時無工人在現場，進場救火的消防人員戴有呼吸器而無恙，但工廠外有幾位消防人員以及14位居民因吸入濃厚二氧化碳而倒地，需要救護。<ref name="Menzengraben" /> |
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==成本== |
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成本是影響是否裝置CCS設施的重要因素。 CCS本身的成本加上任何補助必須低於二氧化碳排放產生的成本才能被認為具有經濟價值。 |
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CCS技術預計將會耗用發電廠所產生電力的10%至40%。.<ref name="falsehope">Rochon, Emily et al. [http://www.greenpeace.org/international/press/reports/false-hope False Hope: Why carbon capture and storage won't save the climate] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20090504081504/http://www.greenpeace.org/international/press/reports/false-hope|date=2009-05-04}} Greenpeace, May 2008, p. 5.</ref><ref name="Thorbjornsson">{{cite journal|last1=Thorbjörnsson|first1=Anders|last2=Wachtmeister|first2=Henrik|last3=Wang|first3=Jianliang|last4=Höök|first4=Mikael|date=April 2015|title=Carbon capture and coal consumption: Implications of energy penalties and large scale deployment|journal=Energy Strategy Reviews|volume=7|pages=18–28|doi=10.1016/j.esr.2014.12.001}}</ref>CCS所耗用的能源稱為能源懲罰。據估計，約60%的懲罰由捕集過程耗用，30%由壓縮二氧化碳耗用，其餘10%由泵和風扇耗用。<ref name="Rubin2012">{{cite journal|last1=Rubin|first1=Edward S.|last2=Mantripragada|first2=Hari|last3=Marks|first3=Aaron|last4=Versteeg|first4=Peter|last5=Kitchin|first5=John|date=October 2012|title=The outlook for improved carbon capture technology|journal=Progress in Energy and Combustion Science|volume=38|issue=5|pages=630–671|doi=10.1016/j.pecs.2012.03.003}}</ref>CCS會讓採用的工廠增加約15%的燃料需求（天然氣處理廠）。<ref name="IPCC_CC">[IPCC, 2005] ''IPCC special report on CO<sub>2</sub> Capture and Storage''. Prepared by working group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Metz, B., O. Davidson, H. C. de Coninck, M. Loos, and L.A. Meyer (eds.). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 442 pp. Available in full at [http://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srccs/srccs_wholereport.pdf www.ipcc.ch] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20100210022620/http://www1.ipcc.ch/pdf/special-reports/srccs/srccs_wholereport.pdf|date=2010-02-10}} (PDF - 22.8MB)</ref>據估計，這種額外燃料的成本以及儲存和其他系統成本將讓採用發電廠的能源成本增加30-60%。 |
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興建CCS項目需要大量資本投入。一個大型CCS示範項目，在整個生命周期內的成本預計為0.5至11億歐元。21世紀初針對[[燃煤發電廠]]的CCS試驗在大多數國家<ref>{{Cite web|last=Keating|first=Dave|date=2019-09-18|title='We need this dinosaur': EU lifts veil on gas decarbonisation strategy|url=https://www.euractiv.com/section/climate-strategy-2050/news/new-gas-possibilities-in-focus-as-commission-prepares-decarbonisation-strategy/|access-date= 2019-09-27|website=euractiv.com|language=en-GB}}</ref>（包括[[中國]]<ref>{{Cite web|title=Carbon Capture, Storage and Utilization to the Rescue of Coal? Global Perspectives and Focus on China and the United States|url=https://www.ifri.org/en/publications/etudes-de-lifri/carbon-capture-storage-and-utilization-rescue-coal-global-perspectives|access-date=2019-09-27|website=www.ifri.org|language=en}}</ref>）均為經濟上不可行，部分原因是隨著2020年油價暴跌，提高原油採收率的收入大幅下降。<ref>{{Cite web|title=CCUS in Power – Analysis|url=https://www.iea.org/reports/about-ccus|access-date=2020-11-20|website=IEA|language=en-GB}}</ref>據估計，要讓工業規模的CCS可行，每噸二氧化碳的碳定價至少要到100歐元的水平，<ref>{{Cite web|date= 2018-09-27|title=Call for open debate on CCU and CCS to save industry emissions|url=https://www.cleanenergywire.org/news/call-open-debate-ccu-and-ccs-save-industry-emissions|access-date=2019-06-17|website=Clean Energy Wire|language=en}}</ref>還需加上設置[[環保關稅]]。<ref>{{Cite web|last=Butler|first=Clark|date=July 2020|title=Carbon Capture and Storage Is About Reputation, Not Economics|url=https://ieefa.org/wp-content/uploads/2020/07/CCS-Is-About-Reputation-Not-Economics_July-2020.pdf|website=[[IEEFA]]}}</ref>但截至2022年中期，{{le|歐盟碳抵銷配額|EU Allowance}}從未升到該價格，[[歐盟碳邊境調整機制]]也尚未施行。<ref>{{Cite news|last=Twidale|first=Susanna|date=2021-10-14|title=Analysts raise EU carbon price forecasts as gas rally drives up coal power|language=en|work=Reuters|url=https://www.reuters.com/business/energy/analysts-raise-eu-carbon-price-forecasts-gas-rally-drives-up-coal-power-2021-10-14/|access-date= 2021-11-01}}</ref>但一家生產小型CCS裝置的公司聲稱其到2022年進入大規模生產階段時，所需的成本可遠低於前述價格。<ref>{{Cite news|date=30 October 2021|title=Scaling Carbon Capture Might Mean Thinking Small, Not Big|language=en|work=Bloomberg.com|url=https://www.bloomberg.com/news/articles/2021-10-30/scaling-carbon-capture-might-mean-thinking-small-not-big|access-date=2021-11-01}}</ref> |
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根據英國政府在2010年代末所做的估計，預計到2025年的碳捕集（不包括儲存）成本將讓燃氣發電廠的電力成本增加7英鎊/兆瓦時，但大多數由此捕集的二氧化碳需要儲存，因此以天然氣或生物質發電的成本總共會增加50%左右。<ref>{{Cite web|url=https://news.files.bbci.co.uk/include/newsspec/pdfs/bbc-briefing-energy-newsspec-25305-v1.pdf |title= Energy}}</ref> |
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===商業模式=== |
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工業碳捕集二氧化碳的可能商業模式包括：<ref name="beis">{{Cite web|url=https://assets.publishing.service.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/759286/BEIS_CCS_business_models.pdf|title=Industrial carbon capture business models}}</ref> |
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*由英國政府投資的Low Carbon Contracts Company與低碳發電廠簽訂CfD |
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差價合約（contract for difference），設定價格（strike price），通常期限為15年，希望藉此吸引業者加入投資<ref>{{cite web| url =https://www.lowcarboncontracts.uk/contracts-for-difference | title =Contracts for Difference | publisher =Low Carbon Contracts Company | date = | accessdate = 2023-07-14 }}</ref> |
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*成本加成合約書（Cost Plus open book）<ref>{{cite web| url =https://www.coconstruct.com/blog/cost-plus-and-open-book-construction-contracts | title =Cost plus and open book construction contracts| publisher =CONSTRUCT | date = 2021-12-06 | accessdate = 2023-07-14 }}</ref> |
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*監管資產基礎 (RAB，此模式允許開發商在政府監管下從公用費率抽取營收，因此於興建過程就可先得到資金支援，而降低資金的需求)<ref>{{cite web| url =https://www.itf-oecd.org/sites/default/files/dp_2016-01_makovsek_and_veryard.pdf | title =The Regulatory Asset Base and Project Finance Models: An Analysis of Incentives for Efficiency| publisher =International Transport Forum | date = 2016 | accessdate = 2023-07-14 }}</ref> |
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*CCS交易稅收抵免 |
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*可交易CCS證書+義務（英國）<ref>{{cite web| url =https://unece.org/fileadmin/DAM/energy/se/pp/ces/ge15_2019CEP/6_November/2_Jon_Gibbins_Financing.pdf| title =UK Experience on Financing CCS and U| publisher =University of Sheffield/UK CCS Research Centre | date = 2019 | accessdate = 2023-07-14 }}</ref> |
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*打造低碳市場 |
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各國政府為CCS示範項目提供各種資金，包括稅收抵免、撥款和贈款。<ref>{{cite web|title=Global Status of CCS Report:2011|url=http://www.globalccsinstitute.com/publications/global-status-ccs-2011/online/26916|url-status=dead|archive-url=https://web.archive.org/web/20120112151329/http://www.globalccsinstitute.com/publications/global-status-ccs-2011/online/26916|archive-date= 2012-01-12|access-date= 2011-12-14|publisher=Global CCS Institute}}</ref> |
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====清潔發展機制==== |
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有項透過國際機構支持CCS的方案 - 通過《[[京都議定書]]》的[[清潔發展機制]]。在[[2010年聯合國氣候變化大會]]（COP16）過程中，附屬科學技術諮詢機構（Subsidiary Body for Scientific and Technological Advice）第三十三屆會議發布一份文件草案，建議將CCS納入清潔發展機制項目活動的地質構造章節中。<ref>{{Cite web|url=http://abclive.in/news/environment/clean-engergy/490-sbsta-global-carbon-dioxide-capture-and-storage-data-cop16.html|archive-url=https://web.archive.org/web/20110728190701/http://abclive.in/news/environment/clean-engergy/490-sbsta-global-carbon-dioxide-capture-and-storage-data-cop16.html|url-status=dead|title=SBSTA Presents Global CO<sub>2</sub> Capture and Storage Data at COP16|archive-date=2011-07-28}}</ref>之後在[[南非]][[德班]]舉行的[[2011年聯合國氣候變化大會]]（COP17）時達成最終協議，CCS納入清潔發展機制，因而得到支持。<ref>{{cite web|last=Bonner|first=Mark|title=CCS enters the CDM at CMP 7|url=http://www.globalccsinstitute.com/community/blogs/authors/markbonner/2011/12/10/ccs-enters-cdm-cmp-7|url-status=dead|archive-url=https://archive.today/20130124063149/http://www.globalccsinstitute.com/community/blogs/authors/markbonner/2011/12/10/ccs-enters-cdm-cmp-7|archive-date=2013-01-24|access-date=2012-05-07|publisher=Global CCS Institute}}</ref> |
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==環境影響== |
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===鹼性溶劑=== |
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二氧化碳可在低溫下於吸收裝置中用鹼性溶劑捕集，並在較高溫度下由脫附裝置中釋放。通過與任何煙道氣中存在的[[二氧化氮]]發生反應而會釋放揮發性[[亞硝胺]]和[[硝醯胺]]，這兩種物質有致癌的作用。<ref name="ekopolitan.com">{{cite web|title=CCS - Norway: Amines, nitrosamines and nitramines released in Carbon Capture Processes should not exceed 0.3 ng/m3 air (The Norwegian Institute of Public Health) - ekopolitan|url=http://www.ekopolitan.com/news/ccs-norway-amines-nitrosamines-and-nitramines-released-carbon-capture-proce|url-status=dead|archive-url=https://web.archive.org/web/20150923234730/http://www.ekopolitan.com/news/ccs-norway-amines-nitrosamines-and-nitramines-released-carbon-capture-proce|archive-date=2015-09-23|access-date= 2012-12-19|website=www.ekopolitan.com}}</ref>蒸氣壓很小或沒有的情況就可避免這類排放。通常煙道氣脫硫設備可將其中95%的[[二氧化硫]]清除。<ref>{{cite web| url =https://www.wwdmag.com/what-is-articles/article/10940461/what-is-flue-gas-desulfurization| title =UK Experience on Financing CCS and U| publisher =University of Sheffield/UK CCS Research Centre | date = 2022-01-04 | accessdate = 2023-07-14 }}</ref> |
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===天然氣加工和提高原油採收率=== |
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能源經濟與金融分析研究所（Institute for Energy Economics & Financial Analysis）<ref>{{cite web| url =https://ieefa.org/who-we-are?tid_2%5B14%5D=14&tid_2%5B435%5D=435| title =About Us| publisher =Institute for Energy Economics & Financial Analysis | date = | accessdate = 2023-07-14 }}</ref>批評一些公司並未報告使用其產品過程中會產生的溫室氣體排放量。<ref name=":5" />{{Rp|page=33}}天然氣加工中產生的二氧化碳通常在捕集後，用於提高原油/天然氣採收率（EOR）。<ref name=":5" />有人建議在提高採收率時只能使用使用人為二氧化碳，並且只在能產生負排放的情況下才能獲得財政激勵（例如稅收抵免），這類財政激勵通常只會發生在項目的最初幾年。<ref>{{Cite web |last=Roberts |first=David |date=2019-10-02 |title=Could squeezing more oil out of the ground help fight climate change? |url=https://www.vox.com/energy-and-environment/2019/10/2/20838646/climate-change-carbon-capture-enhanced-oil-recovery-eor |access-date=2022-10-01 |website=Vox |language=en}}</ref> |
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===燃氣和燃煤發電廠=== |
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全球依賴燃燒化石燃料的發電廠所排放的二氧化碳總量非常巨大，燃煤發電廠煙氣中通常含有10-14%的二氧化碳，而燃氣發電廠的則含有4-5%的二氧化碳。<ref name=":5">{{Cite web |title=The carbon capture crux: Lessons learned |url=https://ieefa.org/resources/carbon-capture-crux-lessons-learned |access-date=2022-10-01 |website=ieefa.org |language=en}}</ref>{{Rp|page=37}}每噸二氧化碳的成本會因[[容量因子]]降低而隨之增加（例如[[尖峰負載發電廠]]或{{le|緊急發電系統|emergency power system}}使用的機會通常較常規的電廠為少）。<ref name=":5" />{{Rp|page=42}} |
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{{le|汽電共生發電|Combined cycle power plant}} (NGCC) 廠的CCS所需的額外能源需求範圍為11%至22%。<ref name="auto1">{{cite web|title=IPCC Special Report: Carbon Capture and Storage Technical Summary. IPCC. p. 27|url=http://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srccs/srccs_technicalsummary.pdf|url-status=dead|archive-url=https://web.archive.org/web/20131101215706/http://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srccs/srccs_technicalsummary.pdf|archive-date=2013-11-01|access-date=2013-10-06}}</ref>天然氣開採所需的燃料使用和環境問題（例如甲烷排放）也會相應增加。配備[[選擇性催化還原法]]系統來處理燃燒過程中產生的氮氧化物的工廠<ref>{{Cite web|date= 2018-11-09|title=No, Natural Gas Power Plants Are Not Clean|url=https://blog.ucsusa.org/mark-specht/natural-gas-power-plants-are-not-clean|access-date=2020-10-03|website=Union of Concerned Scientists|language=en-US}}</ref>則需用到大量的氨。 |
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在2020年所做的一項研究，其結論是燃煤發電廠安裝的CCS數量可能只有燃氣發電廠的一半，這類情況主要發生在中國和[[印度]]。<ref>{{Cite web|title=Powering through the coming energy transition|url=https://news.mit.edu/2020/powering-through-coming-energy-transition-1118|access-date=2020-11-20|website=MIT News {{!}} Massachusetts Institute of Technology|language=en}}</ref>在2022年所做的一項研究，其結論是在中國的燃煤發電廠裝置CCS的成本會非常高。<ref>{{cite journal |last1=Zhuo |first1=Zhenyu |last2=Du |first2=Ershun |last3=Zhang |first3=Ning |last4=Nielsen |first4=Chris P. |last5=Lu |first5=Xi |last6=Xiao |first6=Jinyu |last7=Wu |first7=Jiawei |last8=Kang |first8=Chongqing |title=Cost increase in the electricity supply to achieve carbon neutrality in China |journal=Nature Communications |date=December 2022 |volume=13 |issue=1 |pages=3172 |doi=10.1038/s41467-022-30747-0 |pmid=35676273 |pmc=9177843 |bibcode=2022NatCo..13.3172Z |s2cid=249521236 }}</ref> |
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對於超臨界高壓蒸氣燃煤（PC）發電廠，CCS的能源需求範圍為24%至40%，而對於[[整體煤氣化聯合循環]]（IGCC）系統則為14%至25%。<ref name="auto1"/>開採煤炭所帶來的燃料使用和環境問題也隨之增加。配備用於控制二氧化硫的[[煙氣脫硫]] (FGD) 系統的工廠需要使用更多的[[石灰石]]，而針對燃燒過程中產生氮氧化物的選擇性催化還原法的系統則需要使用更多的氨。截至2022年，位於加拿大的{{le|邊界大壩發電廠|Boundary Dam Power Station}}是世界唯一採用燃燒後捕集二氧化碳設施的燃煤發電廠。<ref name=":5" />{{Rp|page=42}} |
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==監控== |
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監控可在洩漏發生時立即發現，並且發出警告，而讓外洩數量能控制在最小的程度。監測的工作可在地表以及地下進行。<ref name="main">{{cite book|last1=Smit|first1=Berend|title=Introduction to Carbon Capture and Sequestration|last2=Reimer|first2=Jeffery A.|last3=Oldenburg|first3=Curtis M.|last4=Bourg|first4=Ian C.|publisher=Imperial College Press|edition=The Berkeley Lectures on Energy - Vol. 1}}</ref> |
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===地下監測=== |
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地下監測可直接和/或間接方式監視儲層的狀態。一種直接方式是透過鑽孔以收集樣本。由於岩石的物理特性，讓鑽探產生高昂的成本。而且僅能提供特定位置的數據。 |
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一種間接方法是把聲波或電磁波向儲層發射，然後將反射回來的資料加以判讀。這種方法可提供更大區域的數據，但有精度較低的缺點。 |
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直接和間接監測兩種都可採間歇或是持續的方式來進行。<ref name="main" /> |
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====人工震波監測==== |
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人工震波檢測法是間接檢測方法中的一種。利用{{le|震波器|seismic vibrator}}在地面產生震波，或是在豎井內使用{{le|偏心旋轉器|Rotating unbalance}}產生震波來達到目的。這些震波會穿過地質層，之後反射回來，再由置於地表或是豎井內傳感器記錄下以供研究。<ref>{{cite report|url=https://gcep.stanford.edu/pdfs/TechReports2013/5.2_Biondi_Public_Version_2013.pdf|title=5.2 Continuous passive-seismic monitoring of CO<sub>2</sub> geologic sequestration projects|last1=Biondi|first1=Biondo|last2=de Ridder|first2=Sjoerd|date=2013|last3=Chang|first3=Jason|access-date=2016-05-06|work=Stanford University Global Climate and Energy Project 2013 Technical Report}}</ref>這種監測可識別出二氧化碳氣流的移動路徑。<ref>{{cite web|title=Review of Offshore Monitoring for CCS Projects|url=http://ieaghg.org/member/49-publications/technical-reports/590-2015-02-review-of-offshore-monitoring-for-ccs-projects|url-status=dead|archive-url=https://web.archive.org/web/20160603062639/http://ieaghg.org/member/49-publications/technical-reports/590-2015-02-review-of-offshore-monitoring-for-ccs-projects|archive-date=2016-06-03|access-date=2016-05-06|website=IEAGHG|publisher=IEA Greenhouse Gas R&D Programme}}</ref> |
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地質封存地點以人工震波監測的案例有位於[[北海]]的{{le|斯萊皮諾封存項目|Sleipner sequestration project}}、位於美國[[休斯頓]]東北部，名為Frio Pilot二氧化碳注入試驗和位於[[澳大利亞]][[維多利亞州]]名為CO2CRC Otway的項目。<ref>{{cite journal|last1=Pevzner|first1=Roman|last2=Urosevic|first2=Milovan|last3=Popik|first3=Dmitry|last4=Shulakova|first4=Valeriya|last5=Tertyshnikov|first5=Konstantin|last6=Caspari|first6=Eva|last7=Correa|first7=Julia|last8=Dance|first8=Tess|last9=Kepic|first9=Anton|last10=Glubokovskikh|first10=Stanislav|last11=Ziramov|first11=Sasha|date=August 2017|title=4D surface seismic tracks small supercritical CO<sub>2</sub> injection into the subsurface: CO2CRC Otway Project|journal=International Journal of Greenhouse Gas Control|volume=63|pages=150–157|doi=10.1016/j.ijggc.2017.05.008|first17=Michelle|first18=Barry|last18=Freifeld|last12=Gurevich|first12=Boris|first16=Tom|last16=Daley|first15=Max|last15=Watson|first14=Matthias|last14=Raab|first13=Rajindar|last13=Singh|last17=Robertson}}</ref>震波監測可確認給定區域內二氧化碳的存在並繪製其橫向分佈圖，但在濃度方面則不敏感。 |
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===示踪劑=== |
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使用不具放射性或是[[鎘]]成分的有機化學示踪劑，在CCS項目的注入階段執行，把二氧化碳注入既有的石油或天然氣田，用於EOR、壓力支撐，或是儲存。這種示踪劑與二氧化碳兼容，同時又與二氧化碳，或是地下存在的其他分子截然不同，可作區別。使用具有極高示踪劑檢測能力的方法，在生產井定期取樣，可檢測注入的二氧化碳是否已從注入點轉移到到油氣生產井。因此可用少量的示踪劑即足以監測大規模的地下流動模式。這種方法非常適合監測CCS項目中二氧化碳的狀態和可能的遷移。示踪劑可為CCS項目提供幫助，確定二氧化碳是否確實位於在指定地下所在。這種技術已被用於監測和研究[[阿爾及利亞]]、<ref>{{Cite journal |last1=Mathieson |first1=Allan |last2=Midgely |first2=John |last3=Wright |first3=Iain |last4=Saoula |first4=Nabil |last5=Ringrose |first5=Philip |date=2011 |title=In Salah {{CO2}} Storage JIP: {{CO2}} sequestration monitoring and verification technologies applied at Krechba, Algeria |url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1876610211005686 |journal=Energy Procedia |language=en |volume=4 |pages=3596–3603 |doi=10.1016/j.egypro.2011.02.289}}</ref>、[[荷蘭]]<ref>{{Cite journal |last1=Vandeweijer |first1=Vincent |last2=van der Meer |first2=Bert |last3=Hofstee |first3=Cor |last4=Mulders |first4=Frans |last5=D'Hoore |first5=Daan |last6=Graven |first6=Hilbrand |date=2011-01-01 |title=Monitoring the {{CO2}} injection site: K12-B |url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1876610211008113 |journal=Energy Procedia |series=10th International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies |language=en |volume=4 |pages=5471–5478 |doi=10.1016/j.egypro.2011.02.532 |issn=1876-6102}}</ref>和挪威 ({{le|白雪號氣井|Snøhvit}}) CCS項目的動態。 |
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===地表=== |
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渦流協方差通量測量是種表面監測技術，可測量地表的二氧化碳通量。它涉及測量二氧化碳濃度及使用[[風速儀]]測量垂直風速，<ref>{{cite journal|last1=Madsen|first1=Rod|last2=Xu|first2=Liukang|last3=Claassen|first3=Brent|last4=McDermitt|first4=Dayle|date=February 2009|title=Surface Monitoring Method for Carbon Capture and Storage Projects|journal=Energy Procedia|volume=1|issue=1|pages=2161–2168|doi=10.1016/j.egypro.2009.01.281|doi-access=free}}</ref>而得到二氧化碳垂直通量的數據。渦流協方差塔把植物的光合作用和呼吸等自然碳循環因素等因素排除後，如果發生洩漏情況，會檢測得到。渦流協方差技術的一個例子是在2012年發表報告中提及在美國受控環境下所做的淺層地下水釋放測試。<ref>{{cite journal|last1=Trautz|first1=Robert C.|last2=Pugh|first2=John D.|last3=Varadharajan|first3=Charuleka|last4=Zheng|first4=Liange|last5=Bianchi|first5=Marco|last6=Nico|first6=Peter S.|last7=Spycher|first7=Nicolas F.|last8=Newell|first8=Dennis L.|last9=Esposito|first9=Richard A.|last10=Wu|first10=Yuxin|last11=Dafflon|first11=Baptiste|date= 2012-09-20|title=Effect of Dissolved CO<sub>2</sub> on a Shallow Groundwater System: A Controlled Release Field Experiment|journal=Environmental Science & Technology|volume=47|issue=1|pages=298–305|doi=10.1021/es301280t|pmid=22950750|last12=Hubbard|first12=Susan S.|last13=Birkholzer|first13=Jens T.|s2cid=7382685 }}</ref>另一種類似的方法是使用容器累積進行現場監測。這些密封容器被定著在地面，入口和出口氣流連接到氣體分析儀。<ref name="main" />同時也測量垂直通量。如要監控一個大型站點，則需要需放置多個容器，組成網絡。 |
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====干涉合成孔徑雷達==== |
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[[干涉合成孔徑雷達]]（InSAR）監測法為使用人造衛星向地球表面發送信號，信號在地球表面受到反射而折回衛星接收器，衛星藉此可測量該點與衛星間的距離。<ref name="insar">{{cite web|title=InSAR—Satellite-based technique captures overall deformation "picture"|url=https://volcanoes.usgs.gov/vhp/insar.html|access-date=2016-05-06|website=USGS Science for a Changing World|publisher=US Geological Survey}}</ref>將二氧化碳注入地質結構的深層會產生高壓，而會影響其上方和下方的地層，讓地表景觀產生微細變動。在儲存二氧化碳的地區，其地表經常會因高壓而發生上升。而人造衛星可透過偵測此類距離而察覺到變動。<ref name="insar" /> |
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==社會與文化== |
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[[File:Protest Against Carbon Capture and Storage (51697298019).jpg|thumb|2021年反對CCS的示威活動（由環保團體Otway Climate Emergency Action Network (OCEAN) 發動，反對名為CO2CRC Otway的CCS項目所舉行的座談會），項目設置地點於[[澳大利亞]][[維多利亞州]]。]] |
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[[File:Protest Against Carbon Capture and Storage (51695827702).jpg|thumb|上述抗議示威活動的另一張相片。]] |
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===社會認可度=== |
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多項研究指出在風險和收益的感知是產生社會接受度最重要的因素。<ref name=":6">{{cite journal|last1=L׳Orange Seigo|first1=Selma|last2=Dohle|first2=Simone|last3=Siegrist|first3=Michael|date=October 2014|title=Public perception of carbon capture and storage (CCS): A review|journal=Renewable and Sustainable Energy Reviews|volume=38|pages=848–863|doi=10.1016/j.rser.2014.07.017}}</ref> |
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風險認知主要是與擔憂安全問題有關，包括運作帶來的危害以及二氧化碳洩漏的可能性，這可能會危及位於設施附近的社區、商品和環境。<ref name=":3">{{cite journal |last1=Agaton |first1=Casper Boongaling |title=Application of real options in carbon capture and storage literature: Valuation techniques and research hotspots |journal=Science of the Total Environment |date=November 2021 |volume=795 |pages=148683 |doi=10.1016/j.scitotenv.2021.148683 |pmid=34246146 |bibcode=2021ScTEn.795n8683A |doi-access=free }}</ref>其他感知風險與旅遊業和財產價值有關。<ref name=":6" />對CCS的公眾看法出現在其他有爭議的氣候變化應對的技術中，例如[[核子動力]]發電、[[風能]]發電和[[地理工程學|氣候工程學]]。<ref>{{cite journal |last1=Poumadère |first1=Marc |last2=Bertoldo |first2=Raquel |last3=Samadi |first3=Jaleh |title=Public perceptions and governance of controversial technologies to tackle climate change: nuclear power, carbon capture and storage, wind, and geoengineering: Public perceptions and governance of controversial technologies to tackle CC |journal=Wiley Interdisciplinary Reviews: Climate Change |date=September 2011 |volume=2 |issue=5 |pages=712–727 |doi=10.1002/wcc.134}}</ref> |
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已經受到如乾旱等氣候變化影響的人們，<ref name=":7">{{cite journal|last1=Anderson|first1=Carmel|last2=Schirmer|first2=Jacki|last3=Abjorensen|first3=Norman|date=August 2012|title=Exploring CCS community acceptance and public participation from a human and social capital perspective|journal=Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change|volume=17|issue=6|pages=687–706|doi=10.1007/s11027-011-9312-z|s2cid=153912327}}</ref>往往會更支持CCS。在有CCS設施的當地社區則對經濟因素，包括創造就業機會、旅遊業或相關投資很敏感。<ref name=":6" /> |
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經驗是另一種相關特性。多項實地研究發現的現象是已參與或是習慣於此產業的人們較會接受這種技術。但受到任何工業活動負面影響的社區會給予CCS較少的支持。<ref name=":6" /> |
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公眾中少有人了解CCS。也因此而可能會產生誤解，而造成較低的認可度。目前尚無強有力的證據把對CCS的了解與公眾接受度作聯繫。但有項研究發現，傳達有關監測的信息往往會對態度產生負面影響。<ref>{{cite journal |last1=L'Orange Seigo |first1=Selma |last2=Wallquist |first2=Lasse |last3=Dohle |first3=Simone |last4=Siegrist |first4=Michael |title=Communication of CCS monitoring activities may not have a reassuring effect on the public |journal=International Journal of Greenhouse Gas Control |date=November 2011 |volume=5 |issue=6 |pages=1674–1679 |doi=10.1016/j.ijggc.2011.05.040 }}</ref>相反的，當把CCS與自然界（二氧化碳封存）作比擬時，認可似乎可被加強。<ref name=":6" /> |
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對於CCS項目，非政府組織和研究人員通常比利益相關者和政府能獲得公眾更高的信任。而{{le|非政府環保組織|ENGO}}對於CCS的意見不一。<ref name="Anderson & Chiavari 2009">{{cite journal |last1=Anderson |first1=Jason |last2=Chiavari |first2=Joana |title=Understanding and improving NGO position on CCS |journal=Energy Procedia |date=February 2009 |volume=1 |issue=1 |pages=4811–4817 |doi=10.1016/j.egypro.2009.02.308 |doi-access=free }}</ref><ref>{{cite journal |last1=Wong-Parodi |first1=Gabrielle |last2=Ray |first2=Isha |last3=Farrell |first3=Alexander E |title=Environmental non-government organizations' perceptions of geologic sequestration |journal=Environmental Research Letters |date=April 2008 |volume=3 |issue=2 |pages=024007 |doi=10.1088/1748-9326/3/2/024007 |bibcode=2008ERL.....3b4007W |doi-access=free }}</ref>此外，信任和接受之間的聯繫至多是有間接的關係。但信任會影響對風險和收益的感知。<ref name=":6" /> |
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CCS受到淺層生態學世界觀（與[[深層生態學]]有不同的見解）的擁護，<ref name=Mulkens2018>{{cite thesis |last1=Mulkens |first1=J. |title=Carbon Capture and Storage in the Netherlands: protecting the growth paradigm? |journal=Localhost |date=2018 |hdl=1874/368133 }}</ref>提倡尋找解決氣候變化影響的方案，而非解決其成因，或是解決成因後的附加做法。CCS涉及先進技術的使用，且普遍為{{le|技術萬能主義者|Technological utopianism}}所接受。 CCS是一種"末端"解決方案，<ref name=":6"/>可減少大氣中的二氧化碳，而不是最大限度減少使用化石燃料。<ref name=":6" /><ref name=Mulkens2018/> |
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[[伊隆·馬斯克]]於2021年1月21日宣布將捐贈1億美元，作為最佳碳捕集技術的獎勵。<ref>{{cite tweet|user=elonmusk|number=1352392678177034242|title=Am donating $100M towards a prize for best carbon capture technology|date=2021-01-21}}</ref> |
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===政治辯論=== |
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自20世紀90年代初《[[聯合國氣候變遷綱要公約]]》(UNFCCC)談判開始以來，政治參與者就開始討論CCS，且仍是個非常有分歧意見的問題。<ref>{{cite journal |last1=Carton |first1=Wim |last2=Asiyanbi |first2=Adeniyi |last3=Beck |first3=Silke |last4=Buck |first4=Holly J. |last5=Lund |first5=Jens F. |title=Negative emissions and the long history of carbon removal |journal=WIREs Climate Change |date=November 2020 |volume=11 |issue=6 |doi=10.1002/wcc.671 |doi-access=free }}</ref> |
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由於二氧化碳需要長期儲存，一些環保組織對洩漏的可能性表達擔憂，並把CCS與儲存[[核電廠]]的[[放射性廢料]]相提並論。<ref name="ti12">{{cite news |url=http://www.time.com/time/specials/packages/article/0,28804,1954176_1954175_1955868,00.html |archive-url=https://web.archive.org/web/20100124095650/http://www.time.com/time/specials/packages/article/0,28804,1954176_1954175_1955868,00.html |url-status=dead |archive-date=2010-01-24 |title=Cutting Carbon: Should We Capture and Store It? |author=Simon Robinson |date=2012-01-22 |magazine=[[Time (magazine)|Time]]}}</ref> |
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在2022年{{le|IPCC第六次評估報告|IPCC Sixth Assessment Report}}中，為將全球氣溫升高控制在2°C以下的大多數途徑包括使用{{le|二氧化碳移除|Carbon dioxide removal}}技術（NET）。<ref>{{Cite web |last=Hunt |first=Kara |date=2022-04-20 |title=What does the latest IPCC report say about carbon capture? |url=https://www.catf.us/2022/04/what-does-latest-ipcc-report-say-about-carbon-capture/ |access-date=2022-10-01 |website=Clean Air Task Force |language=en}}</ref>而在2023年5月6日發表的第六次評估報告的綜合報告也強調CCS在解決氣候變化影響的重要性。<ref>{{cite web| url =https://www.globalccsinstitute.com/resources/publications-reports-research/ccs-in-the-ipcc-sixth-assessment-ar6-synthesis-report/| title =CCS in the IPCC Sixth Assessment (AR6) Synthesis Report | publisher =Global CCS Institute | date = | accessdate = 2023-07-14}}</ref> |
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一些環保活動家和政治家批評CCS是解決氣候危機的錯誤方案。他們提出化石燃料行業在此類技術和遊說以CCS為重點立法中的作用，並認為這將讓此行業經資助和參與植樹活動等來"[[漂綠]]"自己，而不需大幅減少碳排放。<ref>{{Cite news |last=Volcovici |first=Timothy Gardner, Valerie |date=2020-03-09 |title=Where Biden and Sanders diverge on climate change |language=en |work=Reuters |url=https://www.reuters.com/article/us-usa-election-climatechange-idUSKBN20W2FN |url-status=live |access-date=2021-04-28 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210418074311/https://www.reuters.com/article/us-usa-election-climatechange-idUSKBN20W2FN |archive-date= 2021-04-18}}</ref><ref>{{Cite magazine |last=Stone |first=Maddie |date=2019-09-16 |title=Why Are Progressives Wary of Technologies That Pull Carbon From the Air? |url=https://www.rollingstone.com/politics/politics-news/carbon-capture-technologies-2020-election-candidates-policies-884956/ |url-status=live |magazine=Rolling Stone |language=en-US |archive-url=https://web.archive.org/web/20210428074255/https://www.rollingstone.com/politics/politics-news/carbon-capture-technologies-2020-election-candidates-policies-884956/ |archive-date= 2021-04-28 |access-date=2021-04-28}}</ref> |
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====碳排放現狀==== |
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反對CCS者聲稱這種做法讓產業界得以合法繼續使用化石燃料，違背減排的承諾。<ref name=”Reuters”>{{cite web| url =https://www.reuters.com/article/ctech-us-climate-change-ccs-analysis-idCAKBN2FC18D-OCATC | title =Analysis-Sunrise or another false dawn for technology to bury emissions? |
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| publisher =Reuters | date = 2021-08-11 | accessdate = 2023-07-15 }}</ref> |
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發生在挪威等一些案例顯示CCS和其他碳消除技術獲得關注，因為這類做法可讓業者持續追求石油工業方面的利益。挪威是減排的先驅，並於1991年制定碳稅的機制。<ref>{{cite journal |last1=Røttereng |first1=Jo-Kristian S. |title=When climate policy meets foreign policy: Pioneering and national interest in Norway's mitigation strategy |journal=Energy Research & Social Science |date=May 2018 |volume=39 |pages=216–225 |doi=10.1016/j.erss.2017.11.024 }}</ref> |
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====非政府環保組織==== |
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各非政府環保組織之中並未普遍同意把CCS作為一種潛在的氣候緩解工具。主要分歧發生在CCS是否可減少二氧化碳排放，或只是繼續使用化石燃料的藉口。<ref name=":4">{{Cite journal|last1=Corry|first1=Olaf|last2=Reiner|first2=David|date=2011|title=Evaluating global Carbon Capture and Storage (CCS) communication materials: A survey of global CCS communications|url=https://www.globalccsinstitute.com/archive/hub/publications/19916/evaluating-global-carbon-capture-and-storage-ccs-communication-materials-survey-global-ccs-communica.pdf|journal=CSIRO|pages=1–46|via=Global CCS Institute}}</ref> |
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例如[[綠色和平]]強烈反對CCS。據該組織稱這類技術將導致世界繼續依賴化石燃料。<ref name="Corry & Riesch 2012">{{cite book|last1=Corry|first1=Olaf|title=The Social Dynamics of Carbon Capture and Storage: Understanding CCS Representations, Governance and Innovation|last2=Riesch|first2=Hauke|date=2012|publisher=Routledge|isbn=978-1-84971-315-3|editor1-last=Markusson|editor1-first=Nils|pages=91–110|chapter=Beyond 'For Or Against': Environmental NGO-evaluations of CCS as a climate change solution|editor2-last=Shackley|editor2-first=Simon|editor3-last=Evar|editor3-first=Benjamin|chapter-url=https://books.google.com/books?id=NvRNqpzMrwMC&pg=PA91}}</ref><ref>{{cite journal |last1= Shah |first1=Prerna |last2= Wang |first2=Wan |date=September 2022 |title=Framing climate change mitigation technology: The impact of risk versus benefit messaging on support for carbon capture and storage |
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|url= https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1750583622001554 |journal= International Journal of Greenhouse Gas Control |volume=119 |issue= |pages= |doi= https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2022.103737|access-date=2023-07-15}}</ref> |
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另一方面，IPCC在一些設定的情景中運用BECCS以協助達到緩解目標。<ref>{{Cite web|url=https://www.ipcc.ch/sr15/chapter/summary-for-policy-makers/|title=Summary for Policymakers — Global Warming of 1.5 °C|access-date=2019-06-01|archive-url=https://web.archive.org/web/20190531192512/https://www.ipcc.ch/sr15/chapter/summary-for-policy-makers/|archive-date=2019-05-31|url-status=dead}}</ref>總部設於挪威的{{le|貝羅納基金會|Bellona Foundation}}採納IPCC的論點，即要在2050年減少二氧化碳排放以避免嚴重後果，CCS是種可用的緩解行動。<ref name="Corry & Riesch 2012"/>基金會聲稱使用化石燃料在短期內不可避免，因此CCS是減少二氧化碳排放的最快速的做法。<ref name=":3" /> |
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==CCS項目示例== |
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{{main|{{le|碳捕集與封存項目列表| List of carbon capture and storage projects}}}} |
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根據全球CCS研究所（Global CCS Institute）<ref>{{cite web| url =https://www.globalccsinstitute.com/ | title =About | publisher =Global CCS Institute | date = | accessdate = 2023-07-15 }}</ref>的數據，在2020年當年約有4,000萬噸二氧化碳CCS相關產能在運行，每年有5,000萬噸二氧化碳處理產能在開發中。<ref>{{Cite web|title=Global Status Report|url=https://www.globalccsinstitute.com/resources/global-status-report/|access-date=2021-05-31|website=Global CCS Institute|language=en-AU|archive-date= 2021-01-13|archive-url=https://web.archive.org/web/20210113024246/https://www.globalccsinstitute.com/resources/global-status-report/|url-status=dead}}</ref>而世界每年排放約380億噸二氧化碳，,<ref>{{Cite web|date= 2021-03-17|title=Carbon Capture, Utilisation and Storage: Effects on Climate Change|url=https://actionaidrecycling.org.uk/carbon-capture-utilisation-and-storage-effects-on-climate-change/|access-date=2021-05-31|website=actionaidrecycling.org.uk}}</ref>因此推算的是CCS捕獲當年二氧化碳排放量的約千分之一。歐洲的鋼鐵業在CCS做法中佔主導地位，<ref name=":8" />但這個行業也採用其他的脫碳方法。<ref>{{Cite web |title=What is net-zero steel and why do we need it? |url=https://www.weforum.org/agenda/2022/09/what-is-net-zero-steel-and-why-do-we-need-it/ |access-date=2022-10-01 |website=World Economic Forum |language=en}}</ref> |
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最著名的CCS失敗案例之一是{{le|FutureGen| FutureGen}}計劃，由美國聯邦政府與煤炭能源生產公司之間的合作夥伴關係，旨在展示"清潔煤炭"，但從未能用煤炭生產所謂的無碳電力。 <ref name="bloombergsuspend">{{cite news |last=Natter |first=Ari |date= 2015-02-04 |title=DOE Suspends $1 Billion in FutureGen Funds, Killing Carbon Capture Demonstration Project |work=Energy and Climate Report |agency=Bloomberg BNA |url=http://www.bna.com/doe-suspends-billion-n17179922773/ |url-status=dead |access-date=2015-02-10 |archive-url=https://web.archive.org/web/20150212031152/http://www.bna.com/doe-suspends-billion-n17179922773/ |archive-date=2015-02-12}}</ref><ref name="CRSHistory">{{cite report |url=https://fas.org/sgp/crs/misc/R43028.pdf |title=The FutureGen Carbon Capture and Sequestration Project: A Brief History and Issues for Congress |last1=Folger |first1=Peter |date=2014-02-10 |publisher=Congressional Research Service |access-date= 2014-07-21}}</ref> |
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==相關概念== |
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===碳捕獲與利用（CCU）=== |
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本節摘自[[碳捕集與利用]]。 |
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碳捕獲與利用（CCU）是捕集二氧化碳，經加工後供進一步使用的過程。<ref name=":00">{{cite journal |last1=Cuéllar-Franca |first1=Rosa M. |last2=Azapagic |first2=Adisa |title=Carbon capture, storage and utilisation technologies: A critical analysis and comparison of their life cycle environmental impacts |journal=Journal of CO2 Utilization |date=March 2015 |volume=9 |pages=82–102 |doi=10.1016/j.jcou.2014.12.001 |doi-access=free }}</ref>碳捕獲與利用可設置在各重要固定式（工業）排放源處，以應對降低溫室氣體排放的挑戰。<ref>{{Cite web|url=https://www.c2es.org/content/carbon-capture/|title=Carbon Capture|website=Center for Climate and Energy Solutions|access-date=2020-04-22}}</ref> |
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===生物能源與碳捕獲和儲存=== |
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本節摘自[[生物能源與碳捕獲和儲存]]。 |
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生物能源與碳捕獲和儲存（BECCS）是從生物質中提取能源並且把碳從大氣中捕集以及儲存的做法。<ref name="Obersteiner2">{{cite journal|last1=Obersteiner|first1=M.|year=2001|title=Managing Climate Risk|journal=Science|volume=294|issue=5543|pages=786–7|doi=10.1126/science.294.5543.786b|pmid=11681318|s2cid=34722068}}</ref>BECCS可作為一種"負排放技術（二氧化碳移除技術）"（NET），<ref name="Obersteiner2"/>生物質中的碳來自其生長時的[[碳固定]]作用 - 從大氣中提取的溫室氣體（二氧化碳來）完成。當以燃燒、[[發酵]]、[[熱裂解]]或其他轉化方法利用生物質時，就能取得如電、熱和生物燃料等有用的能量（"[生物能源]]"）。 |
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===直接由大氣碳捕集與封存（DACCS）=== |
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本節摘自[[直接空氣捕獲]]。 |
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直接空氣捕獲 (DAC) 是透過化學或物理過程直接從環境空氣中補集二氧化碳。<ref>{{cite journal |date=2018 |title=SAPEA, Science Advice for Policy by European Academies. (2018). Novel carbon capture and utilisation technologies: research and climate aspects Berlin |url=https://www.sapea.info/wp-content/uploads/CCU-report-proof3-for-23-May.pdf |publisher=SAPEA |doi=10.26356/carboncapture}}</ref>如果捕集的二氧化碳隨後被安全長期封存（稱為直接空氣碳捕集與封存（DACCS）），整個過程將達到移除二氧化碳的目的，成為"負排放技術"（NET）。截至2022年，DAC的做法尚未產生盈利，因為使用這種做法的成本是碳定價的數倍。 |
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直接從環境空氣中捕集二氧化碳（DAC）與碳捕集與封存 (CCS) 形成鮮明對比，後者僅從點源（例如水泥廠或生物能源廠）捕集二氧化碳。DAC在捕集二氧化碳之後，會加以壓縮成為二氧化碳流，用於封存或利用或生產{{le|碳中性燃料|carbon-neutral fuel}}和用於發電，再進行[[電轉氣]]。當環境空氣與化學介質（通常是水性[[鹼]]溶劑<ref name=":10">{{Cite journal|last1=Keith|first1=David W.|last2=Holmes|first2=Geoffrey|last3=St. Angelo|first3=David|last4=Heide|first4=Kenton|date= 2018-06-07|title=A Process for Capturing {{CO2}} from the Atmosphere|journal=Joule|volume=2|issue=8|pages=1573–1594|doi=10.1016/j.joule.2018.05.006|doi-access=free}}</ref>或[[吸附]]劑<ref>{{cite journal |last1=Beuttler |first1=Christoph |last2=Charles |first2=Louise |last3=Wurzbacher |first3=Jan |title=The Role of Direct Air Capture in Mitigation of Anthropogenic Greenhouse Gas Emissions |journal=Frontiers in Climate |date=2019 -11-21|volume=1 |pages=10 |doi=10.3389/fclim.2019.00010 |doi-access=free }}</ref>）接觸時，即可移除二氧化碳。在DAC過程中，化學介質隨後通過應用能量（即熱量）將二氧化碳分離，之後將二氧化碳脫水和壓縮，而化學介質經再生後可再度利用。 |
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== 參見 == |
== 參見 == |
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{{Portal|Energy}} |
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* [[生物碳]] |
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{{Div col}} |
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* [[碳截存]] |
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* {{le|國際碳補給與封存大事記|Timeline of carbon capture and storage}} |
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* [[碳交易]] |
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* [[碳 |
* [[碳匯]] |
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* {{le|北海碳儲存計畫|Carbon storage in the North Sea}} |
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* {{le|氣候工程|Climate engineering}} |
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* {{le|不同溫室氣體排放的生命週期|Life-cycle greenhouse gas emissions of energy sources}} |
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* [[低碳經濟]] |
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* [[熱裂解]]#Methane pyrolysis for hydrogen |
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* {{le|海洋碳循環|Oceanic carbon cycle}} |
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* {{le|碳捕捉固體吸附劑|Solid sorbents for carbon capture}} |
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==參考文獻== |
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{{Reflist|2}} |
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==外部連結== |
==外部連結== |
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*{{commons category-inline}} |
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*{{en}}[http://www.greenfacts.org/en/co2-capture-storage/ CO2 Capture and Storage] {{Wayback|url=http://www.greenfacts.org/en/co2-capture-storage/ |date=20130625035456 }} - GreenFacts |
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*[https://www.energy.gov/fe/science-innovation/carbon-capture-and-storage-research DOE Fossil Energy] Department of Energy programs in CO<sub>2</sub> capture and storage |
|||
*{{zh-cn}}[https://web.archive.org/web/20110603041622/http://www.captureready.com/CN/Channels/Home/index.asp 全球碳捕集与封存研究中心] |
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*[https://www.netl.doe.gov/coal/carbon-storage US Department of Energy] |
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*{{zh-tw}}[https://web.archive.org/web/20130526102136/http://ccs.tw/ 二氧化碳捕獲與封存技術網 | Carbon Capture and Storage] - 工研院 |
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*[https://www.beg.utexas.edu/gccc/ US Gulf coast] |
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{{全球變暖和氣候變化}} |
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*[https://zeroemissionsplatform.eu/ Zero Emissions Platform - technical adviser to the EU Commission on the deployment of CCS and CCU] |
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*[https://purl.fdlp.gov/GPO/gpo46659 National Assessment of Geologic CO<sub>2</sub> Storage Resources: Results] [[United States Geological Survey]] |
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* [http://sequestration.mit.edu/ Carbon Capture and Sequestration Technologies Program at MIT] |
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{{Authority control}} |
{{Authority control}} |
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{{DEFAULTSORT:Carbon Capture And Storage}} |
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[[Category:鲜绿环境主义]] |
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[[Category:气体技术]] |
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[[分類:鮮綠環境主義]] |
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[[分類:氣體技術]] |
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[[分類:氣候變遷與環境]] |
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[[Category:Emissions reduction]] |
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[[Category:Climate change mitigation]] |
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[[Category:Carbon capture and storage]] |
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2023年10月27日 (五) 03:29的版本
碳捕集與封存（英語：Carbon capture and storage， 簡稱CCS）指的是種過程 - 把工業產生（例如由燃燒化石燃料或是生物質所產生者）相對純淨的二氧化碳 (CO2分離後，加以處理，再運輸到某些地點長期封存。[2]（p. 2221）通常這類二氧化碳是從大型點源（例如化學工廠或生物質工廠）內所捕獲，經處理後再儲存在深層地質結構中。如此做的目的是減少溫室氣體排放進入大氣，以緩解氣候變化。
直接從工業來源（例如水泥窯）捕集二氧化碳的技術有多種，包括吸附、化學循環（參見化學循環燃燒#CO2 capture }}）、薄膜氣體分離或氣體水合。[3][4]截至2022年，全球二氧化碳排放量中約有千分之一經CCS技術捕集，大多數項目是在天然氣處理廠內運作。[5]（p. 32）目前這種碳捕集技術的成功率通常在50%至68%之間，[6]但有些項目的成功率已超過95%。[7]
反對者指出許多CCS項目未能實現其承諾的減排量。[8]此外，反對者認為碳捕集與封存只是種幌子，把僅有邊際減排效果的技術作為可無限期使用化石燃料的藉口。
碳捕集與利用 (Carbon capture and utilization，簡稱CCU) 和CCS有時被統稱為"碳捕獲、利用和截存"(carbon capture, utilization, and sequestration，簡稱CCUS)。因為CCS是種成本相對昂貴的工藝，其生產出來的東西往往又過於便宜，[9]這使得在碳定價足夠高的地方（例如在歐洲大部分地區）進行碳捕集才具有經濟上的意義，[5]或者是加以利用，讓廉價的二氧化碳能用於生產高價值的化學品，以抵消捕集作業所花費的成本。[10]
二氧化碳可儲存在深層地質結構中，或是轉化為礦物碳酸鹽的形式後再儲存。有種熱裂解碳捕集和儲存（簡稱PyCCS，參見#Technology部分）工藝也在研究之中。[11]深層地質結構目前被認為是最具前景的封存地點。美國國家能源技術實驗室 (NETL) 稱，按照目前的生產速度，在北美洲可供儲存二氧化碳的地點足以應付900多年的產量。[12]而對這種儲存技術，普遍會產生的問題是這類在海底或是地下儲存的做法，其長期安全性難以預測，而且有不確定性，因為仍存在一些二氧化碳會洩漏的風險。[13][14][15]儘管如此，最近發佈的報導及研究報告估計大量洩漏的風險相對不高，且基於緩解氣候變化的理由，CCS仍值得進行。[16][17][何时？]
用語來源
所謂碳捕集與封存這一用語，也稱為二氧化碳捕集與封存（carbon dioxide capture and storage），後者是國際標準化組織（ISO）所推薦的用法，（參見ISO 27917，[18]）因為它更準確：目標是捕集二氧化碳，而非捕集碳。此用語的定義是："將相關工業和能源來源產生相對純淨的二氧化碳 (CO2) 流分離（捕集）、調整、壓縮，並運送到適當地點儲存，以長期與大氣隔離的過程。"[2]（p. 2221）CCS的用語及概念與生物能源與碳捕獲和儲存（簡稱BECCS）、碳截存（Carbon sequestration）和[[le|二氧化碳移除|carbon dioxide removal }}（也稱為負排放）有關聯。
碳捕集與利用（CCUS）指的是捕集二氧化碳，處理後供進一步使用的過程。[19]
CCS和CCUS兩種用語通常可互換使用。[20]兩者之間的區別在於後者把所捕集的碳提出"利用"的概念 - 例如用於提高原油採收率（簡稱EOR）、具有製造液體燃料的潛力，或製造有用的消費產品（例如塑料）。
目的
這種技術用於捕集由發電廠、工廠、使用燃料的產業和大型集約式畜牧設施所排放的二氧化碳，以減少溫室氣體排放進入大氣。
在減緩氣候變化中的作用
| 系列之一 |
| 氣候變化緩解 |
|---|
採用CCS，是為把氣候變化的影響緩解。大規模實施CCS，在達成穩定氣候，緩解負面影響方面可發揮重要作用。 CCS的主要作用是拉長由使用化石燃料轉換為可持續能源的過程，而把轉型成本降低。對於在本世紀內要達到大氣中二氧化碳濃度為430-480百萬分比（ppm）/年的情景，僅實施默認技術的假設將會比採用CCS技術的成本高出29-297%。[21][22]巴黎協定的目標是要實現比第一次工業革命之前的平均氣溫升高不超過2.0°C的目標。如果要及時實現此目標，必須利用CCS，而在2060年至2070年之前實現淨零排放（達到碳中和）的目標。 而在2060-2070年之後，需要實現負排放才能維持地球升溫不高於2.0°C的目標。在其間採用的方法很大程度上由所使用的氣候變化電腦模型和預期的能源消耗模式所決定。但人們普遍認為如果要緩解任何負面的氣候變化影響，就需利用CCS。[23]
想把全球升溫控制在不超過第一次工業革命前平均溫度的1°C，現在看來是不可想像。因為截至2017年，全球氣溫已上升1°C。[24]由於我們無法立即將溫度控制在不超過1°C的目標，下一個符合實際的目標就是1.5°C。將升溫保持在1.5°C以下的情況具有挑戰性，但並非不可能。[25]
針對不超過2.0°C的目標，聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）已開發出共享社會經濟路徑（SSP），為代表性濃度路徑（RCP）模型的綜合工作添加社會經濟維度。所有SSP中所假設的情景都顯示不再依賴有增無減的化石燃料，即不包含CCS的過程。 [25]
為在2100年之前實現升溫不超過1.5°C的目標，必須把以下假設列入考慮：排放量必須在2020年達到峰值，然後下降，因而有必要將二氧化碳淨排放量減少到零，在21世紀下半葉實現負排放。為實現這些假設目標，使用化石燃料的工廠必須採用CCS的做法。由於要達到升溫不超過1.5℃的目標，必須更嚴格實施減排，因此可採用生物能源與碳捕獲和儲存（BECCS）等技術，以及植樹造林等自然氣候解決方案來實現全球減排。[26]對於把上限控制在1.5°C之內，BECCS有其必要。模型估計縱然有BECCS的幫助，大氣中仍有150至12,000吉噸（Gt，十億噸）的二氧化碳需要去除。[25]
技術組合
捕集
直接在點源捕集二氧化碳（例如大型碳基能源設施、二氧化碳排放量大的行業（例如水泥生產、煉鋼[27]）、天然氣處理、合成燃料工廠和由化石燃料生產氫氣工廠）最具成本效益。從空氣中捕集二氧化碳在技術上可行，[28]但空氣中二氧化碳的濃度遠較燃燒所產生者為低，讓實施工程複雜，成本昂貴。[29]目前碳捕集項目的淨封存效率可達到6%~56%。[30]
二氧化碳流中的雜質（如硫和水分）可能對流程產生重大影響，並會對管道和儲槽造成腐蝕。在二氧化碳中有雜質的情況下，尤其是由空氣捕集時，一開始就需對煙道氣採取分離雜質的做法。[31]
人們正在探索各種分離雜質的技術，包括氣相分離、液體吸收和固體吸附，以及混合工藝（例如吸附/薄膜系統）。[32]進行這類捕集的方式有三種：燃燒後捕集、燃燒前捕集和富氧燃燒工藝：[33]
- 所謂燃燒後捕集是在化石燃料燃燒之後才把二氧化碳移除 - 這是種適用於燃燒化石燃料來發電的方案。二氧化碳是從發電廠或其他點源的煙道氣中捕集。這技術已廣為人知，目前也用於其他工業，但規模小於商業用的規模。燃燒後捕集方式廣受研究，可針對目前使用化石燃料的發電廠進行改造，把CCS技術作為減排的一種選項。[34]
- 燃燒前捕集技術廣泛應用於化肥、化學、氣體燃料（H2（[[氫]氣]）、CH4（甲烷））和電力生產等領域。[35]在這些情況下，化石燃料先被部分氧化（例如透過氣化作用）。生成的合成氣（CO（一氧化碳）和H2）中的CO與添加的水蒸汽（H2O）反應並轉化為CO2（二氧化碳）和H2。由此產生的二氧化碳可從相對純淨的廢氣流中捕集。 H2可用作燃料，二氧化碳在燃燒前即被捕集。此法與燃燒後捕集法相比，有幾個優點和缺點。[36][37]而在燃燒後捕集、是在煙氣膨脹至大氣壓之前，即把二氧化碳移除。這類膨脹前的捕集（即從加壓氣體中捕集）是幾乎所有工業二氧化碳捕集工藝的標準，其規模與發電廠所採用的規模相同。[38][39]
- 富氧燃燒方式，[40]是把燃料置在在純氧而非一般空氣中燃燒。為將產生的火焰溫度限制在傳統燃燒常見的水平，冷卻的煙氣會被重新注入燃燒室循環燃燒。煙氣主要由二氧化碳和水蒸氣組成，水蒸氣經過冷卻會凝結。結果剩下的是幾乎純淨的二氧化碳流。採用富氧燃燒方式的發電廠工藝有時被稱為"零排放"循環，因為捕集的二氧化碳不是從煙道氣流中去除的部分（如燃燒前和燃燒後捕集的情況），而是煙道氣流本身（水已冷凝後的近純淨二氧化碳）。但不可避免，會有一定比例的二氧化碳進入冷凝水中。為保證"零排放"，必須對此類水進行適當處理或是處置。
分離技術
其中吸收（化學法）（即加胺脫碳）是主要的捕集技術，是迄今唯一已達工業化應用的碳捕集技術。[43]主要是用乙醇胺 (MEA) 溶液來捕集二氧化碳，其比熱容在3-4J/( kg·K )（焦耳每千克開爾文） 之間，主要是因大部分的成分是水。[44][45]較高的熱容量會增加溶劑再生步驟中所需的能量懲罰（energy penalty）。
在CCS成本中，捕集所需的約佔三分之二，而成為部署CCS設施的限制條件。由於運輸和儲存在CCS中屬於相當成熟的步驟，因此將捕集程序優化可顯著提高CCS的可行性。[46]
另一種方法是化學循環燃燒（CLC）。 使用金屬氧化物作為固體氧載體。金屬氧化物顆粒在流化床燃燒器中與固體、液體或氣體燃料反應，產生固體金屬顆粒以及二氧化碳和水蒸氣的混合物。水蒸氣被冷凝，留下純二氧化碳，再做截存。固體金屬顆粒循環到另一個流化床，在那裡與空氣反應，產生熱量並再生為金屬氧化物顆粒，然後返回燃燒器。化學循環的一種變體是鈣循環，它使用氧化鈣作載體，做碳酸化和煅燒間的反覆循環。[47]
在2019年所做的一項研究，把兩種生產電力方法的能源投資回報 (EROEI) 做估計，並把運營和基礎設施使用能源成本列入考慮，發現採用CCS的工廠效率比不上可再生電力的生產效率。可再生電力生產包括太陽能和風能，具有充足的儲能設施，以及可調度的電力輸送。因此可擴充的可再生電力加上儲存設施的快速擴張將比採用化石燃料加上CCS會有更好的效益。但該研究沒把這兩種選項是否可並行實施列入考慮。[48]
在吸附增強水煤氣變換 (SEWGS) 技術中，使用固體吸附的燃燒前碳捕集過程與水煤氣變換反應(WGS) 結合，以產生高壓氫氣流。[49]這種技術產生的二氧化碳流可被儲存，或是用於其他工業過程。[50]
壓縮
二氧化碳經捕集後，通常會先壓縮成超臨界流體。經壓縮過的二氧化碳便於運輸。壓縮是在捕集所在地完成。壓縮過程需要用到自有能源。壓縮與捕集階段一樣，是通過增加寄生負載來達成。二氧化碳壓縮是種能源密集型過程，涉及使用複雜多階段壓縮機和電動冷卻過程。[51]
運輸
大量的高壓二氧化碳會透過管道輸送。
例如美國在2008年使用大約5,800公里的二氧化碳管道，挪威使用一條160公里長的管道[52]將二氧化碳輸送到石油生產地點，然後注入舊油田，加壓以泵出石油。這種採油法稱為提高原油採收率法。目前也在開發試點計劃，測試在非產油的地質結構中長期儲存之用。英國議會科學技術辦公室將管道視為英國的主要運輸二氧化碳方式。[52]
在2021年，Navigator CO2 Ventures和Summit Carbon Solutions兩家公司計劃在美國中西部興建從北達科他州到伊利諾伊州的管道，把乙醇生產廠所產出的液化二氧化碳注入位於伊利諾伊州的多孔岩石中儲存。[53]
運輸過程中洩漏
傳輸管道有洩漏或是破裂的可能。可在管道上安裝遠程控制閥門，以限制某一段管道的釋放量。例如一段被切斷，長達8公里，口徑為19英寸的管道可在大約3-4分鐘內釋放出1,300噸的二氧化碳。[54]
封存（儲存）
人們已經設想出多種永久儲存二氧化碳的方法。包括於深層地質結構（包括鹽層和廢棄氣田）中的氣體儲存，以及將二氧化碳與金屬氧化物反應，產生穩定碳酸鹽的固體儲存。對於候選地點，需要預先評估的三大因素是封存容量、封存效率和注入效力。 [55]所謂地質封存，涉及的是把二氧化碳（通常以超臨界流體形式）注入深層地質結構中，包括油田、天然氣田、鹽層、無法開採的煤層和充滿鹵水的玄武岩層。在分子水平上，二氧化碳的分子被證明會影響到注入地層的機械特性。[56]物理（例如，高度不滲透的蓋層）和地球化學捕集機制可防止二氧化碳逸出到地表。[57]
無法開採的煤層可作為儲存二氧化碳之用，二氧化碳分子會附著在煤碳表面。如此做的技術可行性取決於煤層的滲透性。在吸收過程中，煤碳會釋放出先前吸收的甲烷，因此可採收甲烷（提高煤層甲烷回收率法）。甲烷收入可抵消一部分作業成本，但甲烷是種強大的溫室氣體，在採收的過程中要避免其洩漏進入大氣。[58]
鹽層含有礦化鹵水，目前尚未能對人類產生益處。在少數情況下，鹵水含水層會偶爾被用來儲存化學廢棄物。鹵水含水層的主要優點是其龐大的儲存能力，且普遍存在，但主要缺點是人們對其知之甚少。為讓儲存成本保持在可接受的範圍內，地球物理勘探可能會受限，而導致對含水層結構存有更多的未知。儲存在此處與儲存在油田或煤層的不同，無法產生副產品以抵消儲存成本。如結構封存、殘餘封存、溶解度封存和礦物封存等機制可將二氧化碳固定在地下，並降低洩漏風險。 [57] [59]
提高原油採收率
偶爾會有把二氧化碳注入油田作為提高石油採收率的技術，[60]雖然因此燃燒開採出的時候會產生溫室氣體排放，[61]但因此執行的CCS措施有可能將此部分抵銷。[62]
幾十年以來，會利用注入二氧化碳進入深層地質結構中，以提高石油/天然氣採收率，但這種做法會因燃燒天然氣或石油時產生更多溫室氣體排放，而受到批評。[5]
儲存過程中的洩漏風險
長期封存
IPCC估計管理得當的儲存地點，其洩漏風險與當前採收碳氫化合物活動相關的風險相當。IPCC建議對可能發生的洩漏量設下限度。[63]然而由於缺乏經驗，這種建議存在爭議。[64][65]二氧化碳可被困住達數百萬年的時間，雖然有發生一些洩漏的機率，但適當的封存地點可保留99%以上的二氧化碳，期間超過1,000年。[66]
以礦物形式的儲存被認為無任何洩漏風險。[67]
在挪威的斯萊普納氣田是全球歷時最久的工業級封存項目。在運行十年後所進行的環境評估，結論是透過地質封存是永久性封存方法中最明確的形式：
現有的地質信息顯示在烏茲拉沙層（Utsira formation（鹵水儲層）[68]沉積之後，沒再發生重大地殼板塊事件，即表示地質環境構造穩定，適合二氧化碳封存。鹵水溶解度捕集是最長久、最安全的地質儲存形式。[69]
挪威國家石油公司於2009年3月發布一項研究報告，記錄經過10多年的運行後，儲存的二氧化碳在地層中緩慢擴散的情況。[70]
洩漏進入大氣中的氣體可通過大氣氣體監測來檢測，並可通過渦流協方差通量測量而予以量化。</ref>[71][72]
突發洩漏的風險
注入儲存地點的管道可安裝止回閥，以防止當上游管道損壞時，儲層內二氧化碳會不受控制往外洩漏。
大規模二氧化碳排放會帶來窒息風險。例如發生在當時位於東德的1953年孟真格拉奔鉀鹽礦事故，有數千噸二氧化碳由礦坑內被釋放，導致幾百米範圍內發生三起死亡事件（一起由碎片殘骸造成，二起由窒息造成）。[54][73]另一事故於2008年某週六清晨發生在德國的門興格拉德巴赫，一大型倉庫中的二氧化碳工業滅火系統發生故障，釋放50噸二氧化碳，當時無工人在現場，進場救火的消防人員戴有呼吸器而無恙，但工廠外有幾位消防人員以及14位居民因吸入濃厚二氧化碳而倒地，需要救護。[54]
成本
成本是影響是否裝置CCS設施的重要因素。 CCS本身的成本加上任何補助必須低於二氧化碳排放產生的成本才能被認為具有經濟價值。
CCS技術預計將會耗用發電廠所產生電力的10%至40%。.[74][75]CCS所耗用的能源稱為能源懲罰。據估計，約60%的懲罰由捕集過程耗用，30%由壓縮二氧化碳耗用，其餘10%由泵和風扇耗用。[76]CCS會讓採用的工廠增加約15%的燃料需求（天然氣處理廠）。[77]據估計，這種額外燃料的成本以及儲存和其他系統成本將讓採用發電廠的能源成本增加30-60%。
興建CCS項目需要大量資本投入。一個大型CCS示範項目，在整個生命周期內的成本預計為0.5至11億歐元。21世紀初針對燃煤發電廠的CCS試驗在大多數國家[78]（包括中國[79]）均為經濟上不可行，部分原因是隨著2020年油價暴跌，提高原油採收率的收入大幅下降。[80]據估計，要讓工業規模的CCS可行，每噸二氧化碳的碳定價至少要到100歐元的水平，[81]還需加上設置環保關稅。[82]但截至2022年中期，歐盟碳抵銷配額從未升到該價格，歐盟碳邊境調整機制也尚未施行。[83]但一家生產小型CCS裝置的公司聲稱其到2022年進入大規模生產階段時，所需的成本可遠低於前述價格。[84]
根據英國政府在2010年代末所做的估計，預計到2025年的碳捕集（不包括儲存）成本將讓燃氣發電廠的電力成本增加7英鎊/兆瓦時，但大多數由此捕集的二氧化碳需要儲存，因此以天然氣或生物質發電的成本總共會增加50%左右。[85]
商業模式
工業碳捕集二氧化碳的可能商業模式包括：[86]
- 由英國政府投資的Low Carbon Contracts Company與低碳發電廠簽訂CfD
差價合約（contract for difference），設定價格（strike price），通常期限為15年，希望藉此吸引業者加入投資[87]
- 成本加成合約書（Cost Plus open book）[88]
- 監管資產基礎 (RAB，此模式允許開發商在政府監管下從公用費率抽取營收，因此於興建過程就可先得到資金支援，而降低資金的需求)[89]
- CCS交易稅收抵免
- 可交易CCS證書+義務（英國）[90]
- 打造低碳市場
各國政府為CCS示範項目提供各種資金，包括稅收抵免、撥款和贈款。[91]
清潔發展機制
有項透過國際機構支持CCS的方案 - 通過《京都議定書》的清潔發展機制。在2010年聯合國氣候變化大會（COP16）過程中，附屬科學技術諮詢機構（Subsidiary Body for Scientific and Technological Advice）第三十三屆會議發布一份文件草案，建議將CCS納入清潔發展機制項目活動的地質構造章節中。[92]之後在南非德班舉行的2011年聯合國氣候變化大會（COP17）時達成最終協議，CCS納入清潔發展機制，因而得到支持。[93]
環境影響
鹼性溶劑
二氧化碳可在低溫下於吸收裝置中用鹼性溶劑捕集，並在較高溫度下由脫附裝置中釋放。通過與任何煙道氣中存在的二氧化氮發生反應而會釋放揮發性亞硝胺和硝醯胺，這兩種物質有致癌的作用。[94]蒸氣壓很小或沒有的情況就可避免這類排放。通常煙道氣脫硫設備可將其中95%的二氧化硫清除。[95]
天然氣加工和提高原油採收率
能源經濟與金融分析研究所（Institute for Energy Economics & Financial Analysis）[96]批評一些公司並未報告使用其產品過程中會產生的溫室氣體排放量。[5]（p. 33）天然氣加工中產生的二氧化碳通常在捕集後，用於提高原油/天然氣採收率（EOR）。[5]有人建議在提高採收率時只能使用使用人為二氧化碳，並且只在能產生負排放的情況下才能獲得財政激勵（例如稅收抵免），這類財政激勵通常只會發生在項目的最初幾年。[97]
燃氣和燃煤發電廠
全球依賴燃燒化石燃料的發電廠所排放的二氧化碳總量非常巨大，燃煤發電廠煙氣中通常含有10-14%的二氧化碳，而燃氣發電廠的則含有4-5%的二氧化碳。[5]（p. 37）每噸二氧化碳的成本會因容量因子降低而隨之增加（例如尖峰負載發電廠或緊急發電系統使用的機會通常較常規的電廠為少）。[5]（p. 42）
汽電共生發電 (NGCC) 廠的CCS所需的額外能源需求範圍為11%至22%。[98]天然氣開採所需的燃料使用和環境問題（例如甲烷排放）也會相應增加。配備選擇性催化還原法系統來處理燃燒過程中產生的氮氧化物的工廠[99]則需用到大量的氨。
在2020年所做的一項研究，其結論是燃煤發電廠安裝的CCS數量可能只有燃氣發電廠的一半，這類情況主要發生在中國和印度。[100]在2022年所做的一項研究，其結論是在中國的燃煤發電廠裝置CCS的成本會非常高。[101]
對於超臨界高壓蒸氣燃煤（PC）發電廠，CCS的能源需求範圍為24%至40%，而對於整體煤氣化聯合循環（IGCC）系統則為14%至25%。[98]開採煤炭所帶來的燃料使用和環境問題也隨之增加。配備用於控制二氧化硫的煙氣脫硫 (FGD) 系統的工廠需要使用更多的石灰石，而針對燃燒過程中產生氮氧化物的選擇性催化還原法的系統則需要使用更多的氨。截至2022年，位於加拿大的邊界大壩發電廠是世界唯一採用燃燒後捕集二氧化碳設施的燃煤發電廠。[5]（p. 42）
監控
監控可在洩漏發生時立即發現，並且發出警告，而讓外洩數量能控制在最小的程度。監測的工作可在地表以及地下進行。[102]
地下監測
地下監測可直接和/或間接方式監視儲層的狀態。一種直接方式是透過鑽孔以收集樣本。由於岩石的物理特性，讓鑽探產生高昂的成本。而且僅能提供特定位置的數據。
一種間接方法是把聲波或電磁波向儲層發射，然後將反射回來的資料加以判讀。這種方法可提供更大區域的數據，但有精度較低的缺點。
直接和間接監測兩種都可採間歇或是持續的方式來進行。[102]
人工震波監測
人工震波檢測法是間接檢測方法中的一種。利用震波器在地面產生震波，或是在豎井內使用偏心旋轉器產生震波來達到目的。這些震波會穿過地質層，之後反射回來，再由置於地表或是豎井內傳感器記錄下以供研究。[103]這種監測可識別出二氧化碳氣流的移動路徑。[104]
地質封存地點以人工震波監測的案例有位於北海的斯萊皮諾封存項目、位於美國休斯頓東北部，名為Frio Pilot二氧化碳注入試驗和位於澳大利亞維多利亞州名為CO2CRC Otway的項目。[105]震波監測可確認給定區域內二氧化碳的存在並繪製其橫向分佈圖，但在濃度方面則不敏感。
示踪劑
使用不具放射性或是鎘成分的有機化學示踪劑，在CCS項目的注入階段執行，把二氧化碳注入既有的石油或天然氣田，用於EOR、壓力支撐，或是儲存。這種示踪劑與二氧化碳兼容，同時又與二氧化碳，或是地下存在的其他分子截然不同，可作區別。使用具有極高示踪劑檢測能力的方法，在生產井定期取樣，可檢測注入的二氧化碳是否已從注入點轉移到到油氣生產井。因此可用少量的示踪劑即足以監測大規模的地下流動模式。這種方法非常適合監測CCS項目中二氧化碳的狀態和可能的遷移。示踪劑可為CCS項目提供幫助，確定二氧化碳是否確實位於在指定地下所在。這種技術已被用於監測和研究阿爾及利亞、[106]、荷蘭[107]和挪威 (白雪號氣井) CCS項目的動態。
地表
渦流協方差通量測量是種表面監測技術，可測量地表的二氧化碳通量。它涉及測量二氧化碳濃度及使用風速儀測量垂直風速，[108]而得到二氧化碳垂直通量的數據。渦流協方差塔把植物的光合作用和呼吸等自然碳循環因素等因素排除後，如果發生洩漏情況，會檢測得到。渦流協方差技術的一個例子是在2012年發表報告中提及在美國受控環境下所做的淺層地下水釋放測試。[109]另一種類似的方法是使用容器累積進行現場監測。這些密封容器被定著在地面，入口和出口氣流連接到氣體分析儀。[102]同時也測量垂直通量。如要監控一個大型站點，則需要需放置多個容器，組成網絡。
干涉合成孔徑雷達
干涉合成孔徑雷達（InSAR）監測法為使用人造衛星向地球表面發送信號，信號在地球表面受到反射而折回衛星接收器，衛星藉此可測量該點與衛星間的距離。[110]將二氧化碳注入地質結構的深層會產生高壓，而會影響其上方和下方的地層，讓地表景觀產生微細變動。在儲存二氧化碳的地區，其地表經常會因高壓而發生上升。而人造衛星可透過偵測此類距離而察覺到變動。[110]
社會與文化
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社會認可度
多項研究指出在風險和收益的感知是產生社會接受度最重要的因素。[111]
風險認知主要是與擔憂安全問題有關，包括運作帶來的危害以及二氧化碳洩漏的可能性，這可能會危及位於設施附近的社區、商品和環境。[112]其他感知風險與旅遊業和財產價值有關。[111]對CCS的公眾看法出現在其他有爭議的氣候變化應對的技術中，例如核子動力發電、風能發電和氣候工程學。[113]
已經受到如乾旱等氣候變化影響的人們，[114]往往會更支持CCS。在有CCS設施的當地社區則對經濟因素，包括創造就業機會、旅遊業或相關投資很敏感。[111]
經驗是另一種相關特性。多項實地研究發現的現象是已參與或是習慣於此產業的人們較會接受這種技術。但受到任何工業活動負面影響的社區會給予CCS較少的支持。[111]
公眾中少有人了解CCS。也因此而可能會產生誤解，而造成較低的認可度。目前尚無強有力的證據把對CCS的了解與公眾接受度作聯繫。但有項研究發現，傳達有關監測的信息往往會對態度產生負面影響。[115]相反的，當把CCS與自然界（二氧化碳封存）作比擬時，認可似乎可被加強。[111]
對於CCS項目，非政府組織和研究人員通常比利益相關者和政府能獲得公眾更高的信任。而非政府環保組織對於CCS的意見不一。[116][117]此外，信任和接受之間的聯繫至多是有間接的關係。但信任會影響對風險和收益的感知。[111]
CCS受到淺層生態學世界觀（與深層生態學有不同的見解）的擁護，[118]提倡尋找解決氣候變化影響的方案，而非解決其成因，或是解決成因後的附加做法。CCS涉及先進技術的使用，且普遍為技術萬能主義者所接受。 CCS是一種"末端"解決方案，[111]可減少大氣中的二氧化碳，而不是最大限度減少使用化石燃料。[111][118]
伊隆·馬斯克於2021年1月21日宣布將捐贈1億美元，作為最佳碳捕集技術的獎勵。[119]
政治辯論
自20世紀90年代初《聯合國氣候變遷綱要公約》(UNFCCC)談判開始以來，政治參與者就開始討論CCS，且仍是個非常有分歧意見的問題。[120]
由於二氧化碳需要長期儲存，一些環保組織對洩漏的可能性表達擔憂，並把CCS與儲存核電廠的放射性廢料相提並論。[121]
在2022年IPCC第六次評估報告中，為將全球氣溫升高控制在2°C以下的大多數途徑包括使用二氧化碳移除技術（NET）。[122]而在2023年5月6日發表的第六次評估報告的綜合報告也強調CCS在解決氣候變化影響的重要性。[123]
一些環保活動家和政治家批評CCS是解決氣候危機的錯誤方案。他們提出化石燃料行業在此類技術和遊說以CCS為重點立法中的作用，並認為這將讓此行業經資助和參與植樹活動等來"漂綠"自己，而不需大幅減少碳排放。[124][125]
碳排放現狀
反對CCS者聲稱這種做法讓產業界得以合法繼續使用化石燃料，違背減排的承諾。[126]
發生在挪威等一些案例顯示CCS和其他碳消除技術獲得關注，因為這類做法可讓業者持續追求石油工業方面的利益。挪威是減排的先驅，並於1991年制定碳稅的機制。[127]
非政府環保組織
各非政府環保組織之中並未普遍同意把CCS作為一種潛在的氣候緩解工具。主要分歧發生在CCS是否可減少二氧化碳排放，或只是繼續使用化石燃料的藉口。[128]
例如綠色和平強烈反對CCS。據該組織稱這類技術將導致世界繼續依賴化石燃料。[129][130] 另一方面，IPCC在一些設定的情景中運用BECCS以協助達到緩解目標。[131]總部設於挪威的貝羅納基金會採納IPCC的論點，即要在2050年減少二氧化碳排放以避免嚴重後果，CCS是種可用的緩解行動。[129]基金會聲稱使用化石燃料在短期內不可避免，因此CCS是減少二氧化碳排放的最快速的做法。[112]
CCS項目示例
根據全球CCS研究所（Global CCS Institute）[132]的數據，在2020年當年約有4,000萬噸二氧化碳CCS相關產能在運行，每年有5,000萬噸二氧化碳處理產能在開發中。[133]而世界每年排放約380億噸二氧化碳，,[134]因此推算的是CCS捕獲當年二氧化碳排放量的約千分之一。歐洲的鋼鐵業在CCS做法中佔主導地位，[9]但這個行業也採用其他的脫碳方法。[135]
最著名的CCS失敗案例之一是FutureGen計劃，由美國聯邦政府與煤炭能源生產公司之間的合作夥伴關係，旨在展示"清潔煤炭"，但從未能用煤炭生產所謂的無碳電力。 [136][137]
相關概念
碳捕獲與利用（CCU）
本節摘自碳捕集與利用。
碳捕獲與利用（CCU）是捕集二氧化碳，經加工後供進一步使用的過程。[138]碳捕獲與利用可設置在各重要固定式（工業）排放源處，以應對降低溫室氣體排放的挑戰。[139]
生物能源與碳捕獲和儲存
本節摘自生物能源與碳捕獲和儲存。
生物能源與碳捕獲和儲存（BECCS）是從生物質中提取能源並且把碳從大氣中捕集以及儲存的做法。[140]BECCS可作為一種"負排放技術（二氧化碳移除技術）"（NET），[140]生物質中的碳來自其生長時的碳固定作用 - 從大氣中提取的溫室氣體（二氧化碳來）完成。當以燃燒、發酵、熱裂解或其他轉化方法利用生物質時，就能取得如電、熱和生物燃料等有用的能量（"[生物能源]]"）。
直接由大氣碳捕集與封存（DACCS）
本節摘自直接空氣捕獲。
直接空氣捕獲 (DAC) 是透過化學或物理過程直接從環境空氣中補集二氧化碳。[141]如果捕集的二氧化碳隨後被安全長期封存（稱為直接空氣碳捕集與封存（DACCS）），整個過程將達到移除二氧化碳的目的，成為"負排放技術"（NET）。截至2022年，DAC的做法尚未產生盈利，因為使用這種做法的成本是碳定價的數倍。
直接從環境空氣中捕集二氧化碳（DAC）與碳捕集與封存 (CCS) 形成鮮明對比，後者僅從點源（例如水泥廠或生物能源廠）捕集二氧化碳。DAC在捕集二氧化碳之後，會加以壓縮成為二氧化碳流，用於封存或利用或生產碳中性燃料和用於發電，再進行電轉氣。當環境空氣與化學介質（通常是水性鹼溶劑[142]或吸附劑[143]）接觸時，即可移除二氧化碳。在DAC過程中，化學介質隨後通過應用能量（即熱量）將二氧化碳分離，之後將二氧化碳脫水和壓縮，而化學介質經再生後可再度利用。
參見
- 國際碳補給與封存大事記
- 碳匯
- 北海碳儲存計畫
- 氣候工程
- 不同溫室氣體排放的生命週期
- 低碳經濟
- 熱裂解#Methane pyrolysis for hydrogen
- 海洋碳循環
- 碳捕捉固體吸附劑
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外部連結
维基共享资源上的相關多媒體資源：碳捕集与封存- DOE Fossil Energy Department of Energy programs in CO2 capture and storage
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- US Gulf coast
- Zero Emissions Platform - technical adviser to the EU Commission on the deployment of CCS and CCU
- National Assessment of Geologic CO2 Storage Resources: Results United States Geological Survey
- Carbon Capture and Sequestration Technologies Program at MIT
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