第二章 文獻回顧
2.3 CCS 技術簡介
沼氣中的氣體主要分為 CH4及 CO2，其中 CO2含量約在 20~50%
之間，此二者皆為造成溫室效應最大危害的溫室氣體。聯合國 IPCC 組織研究顯示，預測大氣中 CO2的濃度於西元 2100 年時，經由工業 革命(西元 1984 年)前的 280ppmv 上升至 570ppmv，若大氣中 CO2無 法加以控管，至西元 2200 年時，CO2的濃度預測會攀升至 660ppmv，
造成地表溫度持續上升，導致劇烈的全球性氣候變化[17]、[18]。因 為 CO2為最主要之溫室效應氣體，因此多數與 CO2氣體分離之相關研 究，乃針對煙道廢氣中將 CO2從 N2等廢氣成分中加以捕獲分離，以 達減緩溫室效應之目的。而針對沼氣進行 CO2/CH4氣體分離的技術研 究，則相當有限，因此本研究乃先參考文獻上之 CCS (CO2 capture and storage)技術，進行文獻回顧。
目前科學家不斷的在 CO2捕獲與分離技術上鑽研，在 CCS 技術中，
相關研究包括化學吸收及吸附法、物理吸收及吸附法、冷凍分離、生 物反應及薄膜分離法等，以下對各種技術進行概略介紹[2]、[19]。
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2.3.1 化學吸收法
化學吸收法主要是利用不易與其他氣體反應且對 CO2 有高親和 力之吸收劑，一般常見之吸收劑以醇胺吸收(amine‐based absorption) 技術最為普遍探討，此技術運用在煙道 CO2分離漸趨成熟。醇胺法係 利用其弱鹼性特性吸收呈弱酸性之 CO2，在低溫、高壓的情況下，有 最佳之吸收效果，再以高溫加熱使吸收液與 CO2解離再生。但醇胺吸 收劑易受到硫氧化物、氮氧化物等影響而劣化，並有吸收劑對 CO2之 吸收容量低與吸收劑成本較高，以及吸收液在再生時的水蒸發熱之高 耗能等問題，因此如何能有效降低 CO2之吸收成本、提升吸收劑的效 能及降低再生時之耗能等，為目前 CO2減量之重要議題[20]。
2.3.2 物理吸收法
物理吸收法以聚乙二醇(Polyethylene glycol)、甲醇(Methanol)等作 為吸收液，其機制主要依亨利定律，在高壓、低溫環境下吸收 CO2， 再藉由減壓、加熱之方式，使吸收液與 CO2分離再生。此技術適用於 CO2出流濃度較高，且分壓大於 525kPa[21]。
2.3.3 化學吸附法
化學吸附法為近年來逐漸受重視之處理技術之一，其機制為藉由 吸附材處理以增加表面官能基，提供更多化學吸附位置，提升吸附材 捕捉 CO2的能力與效率；其中吸附材多利用具有高比表面積與孔洞體 積之中孔洞材料，並在表面進行修飾，讓表面帶有弱鹼性之官能基，
進而吸附弱酸性之 CO2，另外吸附材料本身也具有物理吸附之能力，
可提高 CO2處理效率，而使用後的吸附材亦可循環再生利用，具有降 低能源消耗與成本更低之優勢[22]、[23]。
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2.3.4
物理吸附法
物理吸附法以高比表面積之吸附材進行 CO2吸附，而後再以改變 壓力(Pressure Swing Adsorption, PSA)或改變溫度(Temperature Swing Adsorption, TSA)的方式進行吸/脫附，而 PSA 方式相較於 TSA 方式，
更有節省能源與再生速率較高的優勢[20]、[24]。
2.3.5 冷凍分離法
冷凍分離法是藉由各種氣體具有不同凝結溫度的條件下，利用改 變環境的溫度與壓力，將 CO2液化或固化成乾冰，具有方便運送至封 存地點之優點；然其操作成本較高且需於高濃度之 CO2環境下操作，
是目前使用冷凍分離法所需克服的問題[25]、[2]。
2.3.6 薄膜分離法
薄膜分離法依薄膜種類有不同的處理機制，一般利用具滲透選擇 性高分子薄膜，將廢氣中的 CO2分離，而薄膜分離法通常會結合化學 吸收法，利用不同的吸收液或將薄膜表面處理使表面帶有官能基 (functional group)，以提供更高的 CO2去除效率[26]、[2]、[27]。
2.3.7 固態化學吸收法
固態化學吸收法是將 CO2捕捉於一固體上，並在其表面形成新物 種以固定下來的技術，由於 CO2屬於弱酸性的氣體，因此可應用具有 鹼性特性之材料將其捕獲，此類材料通常為鹼金或鹼土金屬的氧化物，
其操作溫度介於發電廠煙道氣流的溫度範圍，如此可減少去除 CO2時 的能源消耗，節省其操作之成本[19]、[2]。
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2.3.8 生物反應法
光合細菌簡稱(Photosynthesis Bacteria, PSB)，PSB 光合菌是地球 上最早發現會進行光合作用的厭氧、自營性不放氧的原核生物。PSB 光合菌體內含有綠色、藍色、紅色或紫色色素，可吸收太陽能，將水 體中的 CO2及 H2S 合成為有機物，其缺點需在陽光的照射下及厭氧的 環境中進行。