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從淨零到負碳 - 碳移除技術的前景與挑戰

Updated: Aug 21, 2023

TSH 碳索系列 ⑤

TSH 淨零排放主題系列文章,透過四大支柱與五項關鍵要素,與您共同探索臺灣淨零路徑的廣度和深度,形塑具體轉型途徑。本文是此系列的第五篇,分享四大支柱之負碳技術的重要性、國際減碳里程碑和可行作為、在發展上須考量什麼要素,以及此範疇在臺灣在地發展的觀點。此系列其他文章之連結請見文末。
 

撰文:劉哲良 研究員 (中華經濟研究院)、趙家緯 科學家 (臺灣永續棧)



一、碳移除技術的需求


  政府間氣候變遷專家委員會 (IPCC) 於2018年特別報告中指出,要能將全球暖化限制在 1.5°C之內,需要能源、土地、城市與基礎建設 (包括交通運輸及建築) 與工業系統上快速且深遠的轉型。然該報告中提出的四個路徑 (圖1),除了仰賴立即大規模節能以達到減碳效果的P1路徑以外,其餘三個路徑,均須仰賴「生質能源結合碳捕集封存 (Bioenergy with Carbon Capture and Storage, BECCS)」此類二氧化碳移除技術 (Carbon Dioxide Removal, CDR),以抵消殘餘排放量。若減量行動啟動時間越遲,節能與再生能源推動越不積極,導致二氧化碳累積排放量越高,則後續需仰賴更大規模的碳移除技術方能達到將全球暖化限制在 1.5°C之內,如2050年時碳移除量就須到80億噸,2100年時要達到160億噸 (IPCC, 2019)。


圖1 四種減碳路徑與其所需貢獻 (修改自IPCC, 2018)



  而2021年8月出版的第六次評估報告 (物理科學基礎報告) 中,進一步指出在極低度排放路徑下,2050年時增溫亦會達到1.6°C,須藉由碳移除導入量可超過排放量,讓全球可以持續維持長時間的二氧化碳淨負排放 (negative emission),方能將地表增溫趨勢於世紀末降回1.5°C。然而大規模的碳移除技術,可能對於生地化循環 (biogeochemical cycles) 與氣候有廣泛影響,將影響其碳移除成效。且碳移除亦會影響水資源可及性與品質,食物生產與生物多樣性 (IPCC, 2021)。


  承上可知,碳移除技術對於抑制增溫在1.5°C,甚至2°C以下,極其關鍵,但此類技術目前仍多處於研發階段,且亦存有潛在大規模的環境衝擊,須提早因應。本文將進一步綜整碳移除技術的類別、發展現況、潛在環境衝擊,以供臺灣各界共同思考此技術的佈局。



二、如何移除大氣中的碳


  負排放是指在自然碳循環以外,額外藉由特定人類活動移除大氣中溫室氣體。對於二氧化碳而言,直接空氣捕集與封存 (Direct Air Carbon Capture and Storage, DACCS)、生質能源結合碳捕集封存 (BECCS)、造林、森林復育、生物炭、海洋鹼化等。


  生質能源結合碳捕集封存是由於植物與樹木生長過程中會吸收大氣的二氧化碳,再將這些生物質燃燒作為能源使用,並將燃料階段釋放的二氧化碳捕集後,進一步長期封存。達到植物生長過程吸收二氧化碳,使用過程不排放二氧化碳,總體達成減少大氣中二氧化碳的效果。直接空氣捕集與封存則是藉由化學程序直接從大氣中提取二氧化碳並進行長期封存。生物炭則是由廢棄植物材料加熱製作而來,將生物炭埋入土壤中可將碳有效封存 (IPCC, 2018)。



三、碳移除技術的爭議


  但目前碳移除技術的發展上,則有減碳成本、可行性與潛在環境衝擊等限制 (Minx et al, 2018)。


  以生質能源結合碳捕集封存為例,其挑戰乃為生物質需要龐大土地。若要單純以BECCS達到每年封存80億噸二氧化碳的減碳路徑需求時,則成本約為2.6兆美元,土地面積需要將近四分之三個印度。同時,生質能源也可替代化石燃料。而若是使用廢棄生物質為來源時,其對於土地的需求與成本就較低,而依據美國科學院的估算,使用廢棄生物質的BECCS的減碳潛力可以達到每年35-52億噸之水準。


  直接空氣捕集與封存上,其發展關鍵乃是吸附過程中耗用能源。若要單純以此方法達到每年封存80億噸二氧化碳的減碳路徑需求時,則成本約為2.4兆美元左右,土地面積僅需印度土地面積的0.7%,但其額外能源需求則相當於歐洲目前能源消費量的1.7倍 (Sachez et al, 2021)。


表一 直接空氣捕集與封存與生質能源結合碳捕集封存之比較



四、碳移除技術的發展策略與政策配套


  目前國際上論及碳移除技術的發展策略 (技術路徑) 時,主要是以目標導向的方式反推出排放趨勢,以此辨識出不同時間點可能存在的減量缺口、進而進行技術路徑的設想規劃。IEA (2021) 即提到,為達全球淨零排放目標,碳移除技術已從選項之一轉變成為必要選項。然而考量到許多碳移除技術仍在研發中,以及商業化期程不確定性較高,因此推動策略是先提高成熟減量技術的擴散率,同時大量投資碳移除技術的研發及佈建;而後,再搭配碳移除技術的大規模應用,扮演降低排放量的主要貢獻者。在IEA所完成的情境模擬下,2050年時有近超過50%的減量將由目前尚在發展中的技術來達成,其中也包含了碳移除技術。


圖2 IEA淨零排放路徑情境下不同類型減量貢獻所占比例 (IEA, 2021)



  在碳移除技術目前所包含的技術類別中,除了森林碳匯及土壤碳管理外,其他技術仍多處於研發階段、尚無法大規模應用 (UNEP, 2017; IEA, 2020a)。也因此,政策工具的設計,即以加速技術成熟做為核心目標。依IEA (2020b) 的說明,有幾項政策工具的設計原則對促進碳移除技術發展有所幫助,包含「建立市場以利技術的及早採用」、「發展及佈建技術所需的基礎建設」、「提高對於技術研發的支持」、「促進國際之間的技術合作」等。


  另一方面,由目前國際趨勢觀之,單單依靠公部門的力量來進行碳移除技術的促進,成效仍力有未逮;引入市場力量、透過誘因來改變行為,也將有效地整合公私部門的資源及力量 (UNEP, 2018; Meckling & Biber, 2021)。若以具體形式而言,符合前述原則並已存在實務應用案例的誘因工具包含有「溫室氣體排放效能標準」、「低碳投資補助」、「最低市場供應要求」、「綠色採購」、「綠色金融」、「能源及永續標章」、「碳定價」(包含排放交易及碳的環境稅費二種機制) 等 (IEA, 2020b)。



五、臺灣碳移除技術展望


  就技術角度來說,大部分的碳移除技術需要研發的投入;而臺灣在過去數年間,投注較多者為碳捕集與封存。也因此,其他碳移除技術無論在研發的資源、基礎資料的調研等皆有所不足。連帶的,對應支持技術的基礎設施之佈建、以及配套法規之規劃 (例如適用於試行階段的彈性法規空間) ,自然付之闕如。除此之外,現行除了透過科研補助之外,對於有助於低碳發展的大規模市場誘因機制—例如碳定價機制—尚未成形,無法有效利用市場力量來引導公私部門資源流向低碳轉型,則是制度上的主要缺口。

  且如同國際研究指出碳移除技術發展上的潛在負作用,應採用風險治理的視角,在此技術發展初期便納入多元利害關係人共同討論。因此歐盟科研計畫,以碳移除為主題的計畫徵求須知中便說明,將探求有效的誘因與治理架構以促使碳移除技術的規模化,需包括社會接受度、倫理與管制層面考量,亦需建立適切可監測、可報告及可查驗 (Monitoring, reporting and verification, MRV) 的制度。更重要的是,明文建議應納入社會科學與人文領域的專業者共同參與 (European Commission, 2021)。


  目前行政院啟動的淨零排放路徑專案工作組中,設有負碳技術工作圈,為臺灣首次探討碳移除技術的發展佈局。目前負碳技術工作圈,已就臺灣碳移除技術推動的策略藍圖有所規劃,包括針對直接空氣捕捉、生質能源結合碳捕集封存等技術如何在臺灣由研發階段進入示範階段,以期在2040後普及化。當前亦就設施、法規行政配套,還有誘因機制進行討論。後續可參考歐盟作法,針對碳移除的社會接受度等進一步研究,以同步建立治理架構,確保臺灣導入此技術時,可將其環境與社會副作用最小化。



延伸閱讀TSH碳索系列




參考資料

  • Florin, M.-V. (Ed.), Rouse, P., Hubert, A-H., Honegger, M., Reynolds, J. 2020. International governance issues on climate engineering. Information for policymakers. Lausanne: EPFL International Risk Governance Center (IRGC).

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  • International Energy Agency, 2021. Net Zero by 2050, A Roadmap for the Global Energy Sector. Available from: https://www.iea.org/reports/net-zero-by-2050.

  • International Energy Agency, 2020a. Energy Technology Perspectives 2020, Special Report on Clean Energy Innovation. Paris: IEA.

  • International Energy Agency, 2020b. Energy Technology Perspectives 2020. Available from: https://www.iea.org/reports/energy-technology-perspectives-2020.

  • IPCC, 2018. Summary for Policymakers. In: 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 [Masson-Delmotte, V., 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, and T. Waterfield (eds.)]. In Press

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  • Sanchez, J. C. Xia, and M Pisciotta. 2021.The Road to 10 Gigatons Game http://www.roadto10gigatons.com

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