行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
總計畫暨子計畫四：溫室氣體之處理及固定技術之研發現況 與前瞻規劃
計畫類別： 整合型計畫
計畫編號： NSC94-2621-Z-011-002-
執行期間： 94 年 02 月 01 日至 94 年 07 月 31 日 執行單位： 國立臺灣科技大學化學工程系
計畫主持人： 顧洋
共同主持人： 范建得，李堅明
報告類型： 完整報告
處理方式： 本計畫可公開查詢
中 華 民 國 94 年 11 月 30 日
溫室氣體之處理及固定技術之研發現況與前瞻規劃
執行單位：國立台灣科技大學化工系 計畫編號：NSC94-2621-Z-011-002 計畫總主持人：顧洋
子計畫主持人：顧洋
研究人員：顧洋、陳華偉、王鈴祺、潘建義 聯絡方式：02-27333141-7606
E-Mail：ku508@mail.ntust.edu.tw
摘要
由於世界氣候變遷的影響，溫室氣體的減量將是無可避免。二氧化碳是溫室氣體中 最難處理的氣體，因此發展二氧化碳減量技術是勢在必行且刻不容緩。本計畫經過研析 後將二氧化碳之處理及固定技術之主要探討方向定為儲存及生物固定技術。其中二氧化 碳儲存技術依其儲存區位又可分為海洋儲存跟地質儲存兩類；而生物固定技術則依其生 物種類分為微生物固定跟植物固定兩類。
二氧化碳之海洋儲存技術被區分為兩大類，一類為以“二氧化碳湖泊”的方式
（lake-type storage concept）將液態的二氧化碳利用導管注入於1,000到3,000公尺的深海 達 到 隔 離 液 態 或 固 態 二 氧 化 碳 的 目 的 ； 另 一 種 則 為“稀釋 儲存 ”的概念（ dilution concept），利用管線將液體或氣體的二氧化碳溶解於深度小於500公尺的海洋之中。但 是對於海洋儲存法可能發生之環境衝擊，仍然值得關注，包括：儲存在深海中之二氧化 碳可能會因地球溫度上升而外洩；以及由於二氧化碳之溶解，增加海水之酸值。這些衝 擊的發生，對全球生態的影響都將無法估計。
地質儲存法是將二氧化碳經過工廠捕獲之後，再經過純化的步驟將CO2純度提升為 85%~90%，並將其加壓利用管線輸送將二氧化碳注入儲存於地質結構中，例如地下水 層、廢油田、廢煤田、廢天然氣田等。由於此法的潛在貯存量相當龐大，因此有許多國 家都積極研發相關技術之可行性。但是地質儲存法可能會面臨二氧化碳溶於地下水造成 地下水質酸化，或是造成地質鬆動的問題。
生物固定主要是分為微生物固定法跟植物固定法兩種方式。微生物固定為利用水中 的細菌或是藻類等浮游生物進行光合作用達到固定二氧化碳的目的。近年已有一些國家 利用在海域施予養分，促進海洋浮游生物生長，進而加速二氧化碳的固定量，但此項技 術可能會因養分過多而造成海洋污染，破壞海洋生態的平衡。植物固定法則是利用陸生 植物行光合作用，達到固定二氧化碳的目的。但影響陸生植物光合作用的因素甚多，如 二氧化碳濃度、光、溫度及水分、可用土地、樹種及樹齡等，都是甚為重要的影響因素。
二氧化碳無論在儲存技術或是生物固定技術方面都有可能對生態造成衝擊，所以未 來可行性評估應朝向陸地與海洋環境之二氧化碳涵容量、對環境的衝擊及安全性、二氧 化碳定量的監控測定、和相關處理技術實施成本問題等大方向來評估。
關鍵字：海洋儲存、地質儲存、生物固定
Abstract
Increasing emissions of greenhouse gas from human activities are believed to be producing a global warming trend whose consequences could be disruptive for environment. The main discussions in this study are focused on the introduction of storage and biological fixation of carbon dioxide gas. Storage methods of carbon dioxide can be divided into two main categories, which are storage in ocean and in geological reservoirs. Biological CO2 fixation can also be divided into two main categories, which are fixed by microorganisms or by plants.
CO2 can be stored in ocean based on lake-type storage and dilution concepts. The lake-type storage concept is by CO2 injection into 1,000m~3,000m depth of ocean as liquid or solid forms of CO2. The dilution concept is by CO2injection into ocean of less than 500m depths. But it is noteworthy that CO2 storage in ocean could be disruptive for environment because the escape of CO2 from deep ocean storage and acidification of seawater by CO2 dissolution.
Geological storage of CO2is to inject pressurized CO2into geological reservoirs such as like aquifers, depleted oil fields, depleted gas fields and depleted coal seams. The capacity of this technology is considered to be huge, and therefore various countries are developing several feasible technologies. But inadequate geological storage of CO2 may lead to groundwater acidification and leakages.
CO2fixation by microorganism employs bacteria or algae to fix CO2by photosynthesis, mostly in ocean. But this technology may cause ocean pollution and destroy the balance of ocean ecosystem because of the addition of nutrients into waters. CO2 may also be fixed by photosynthesis of plant, mostly on land. There are many factors to affect photosynthesis by plants like the concentration of CO2, light, temperature, moisture, available lands, and type of plants.
Storage and fixation CO2 by previously described technologies may be effective in reducing the CO2 concentration in atmosphere; however, their effects on the environment should be considered. Future researches on the topics such as: monitoring of the leakages or concentrations of CO2, safeguard ecological environment, and costs of disposal technologies, should be addressed.
Keywords: storage in ocean; geological storage; biological fixation
第一章 前言
由於溫室氣體排放引發的全球氣候溫暖化，是全球共同面臨的重要環境問題，因此 溫室氣體排放管制的實施，應該具體落實在國家、產業、和企業等不同層次；以採取符 合經濟效益的排放減量方式，降低其對全球氣候變遷的影響。我國近年來針對溫室氣體 減量相關議題，在國科會、經濟部、環保署等政府單位之支持下，已累積相當研究成果，
但是由於溫室氣體減量相關議題廣泛，以致於研究成果較為分散。而本整體計畫共可分 為以下幾個部分：
1. 潔淨新能源之開發與使用技術：包括燃料電池、氫能、太陽能、生質能等相關科技 項目。
2. 節能材料之開發與使用技術：包括絕緣、傳導、及其他材料等相關科技項目。
3. 二氧化碳之回收及再利用技術：包括吸收、吸附、轉化等相關科技項目。
4. 溫室氣體之處理及固定技術：包括 CO2、CH4、N2O、HFC、PFC 及 SF6等相關科技 項目。
5. 主要工業製程之溫室氣體預防減量技術：包括電子、化工、鋼鐵、造紙等工業相關 科技項目。
而本計畫則就二氧化碳的儲存及生物固定法來進行探討。期望經由研究成果之共同 評估及研討能成為政府未來推動相關工作之依據，亦可作為後續研究之議題擬定及研究 資源分配之參據。
第二章 技術方法 2-1 二氧化碳之儲存法
二氧化碳儲存法是指將已產生之二氧化碳經過某種技術或程序處理之後，予以封存 於某處，不再排放至大氣中，以達到降低二氧化碳濃度的目的。大致上我們將其區分為 海洋儲存法、地下儲存法。我們將國外的有關儲存法的專利整理如表 2-1所示：
表 2-1、國外相關專利
Author Title of patent Published date West,et al. Method and apparatus for efficient
injection of CO2in ocean.
July 29, 2003 (USA)
P.Schlittenhardt Solid Carbon Dioxide Penetrator. Febuary13, 1995 (UK) Puri, et al. Method of increasing the permeability
of a coal seam.
December 16, 2002(USA) Tomio Removal of carbon dioxide. November 26,1990(Japan) Yoshihiro Method for throwing liquid carbon
dioxide in deep sea.
December24, 1993(Japan) Ramachandran Improved enhanced oil recovery. November 16, 2002(USA) Masahiko Method for introducing carbon dioxide
into deep sea and device therefore.
March 3,1994(Japan)
2-1-1 海洋儲存法
大氣中的 CO2會與海洋形成自然的平衡狀態，自 1970 年代後期起，科學家即著手 研究將 CO2 注入海中之可行性，Marchetti1（1977）即為文獻中第一位提出深海處置 CO2之方案，隨後 Hoffert et al.（1979）亦建議了多個深海處置 CO2之方案。其中，CO2
之儲存技術逐漸被區分為兩大類，一類為以“CO2 湖泊”的方式（lake-type storage concept）將 CO2 儲存於深海中;另一種則利用“稀釋儲存”的概念（dilution concept）
將 CO2溶解於海水之中。表 2-2 為各項 CO2 深海掩埋技術的比較，其中包括了注入形 式、注入深度、儲存方式及對海洋生態的影響等。如果是以乾冰的形式儲存在深海當中，
則如果當地球的溫度上升幾度之後，乾冰可能會外洩，而對生態的影響將不可估計。經 過捕獲之後的 CO2純度為 85%~90%，加壓至壓力 6bar，溫度-55℃運送。表 2-2、各項
CO2深海掩埋技術比較表(白，2000)
CO2回收及深海處置系統的總成本為115.307million/yr，其中，CO2回收的成本為 107.612 million/yr，CO2深海處置的成本僅為7.695million/yr。至於CO2回收及深海處置 的單位防治成本約為29.25 USD/ton，其中CO2回收階段的單位防治成本為27.30 USD /ton，其佔了總成本之大部分成本，而CO2深海處置的單位防治成本則僅需1.95 USD/ton。
此可顯示CO2深海處置階段的成本相較於回收階段而言明顯地低，因此CO2深海 處置方案的確具有經濟可行性的誘因，但是，如果CO2溶解於海水之中可能會導致海洋 酸化，進而影響到海洋的生態。所以，CO2深海處置對於海洋生態可能造成的影響及運 輸過程安全性能需加以考慮。
由 West et al.（2003）所發表的專利中提到有關有效注入二氧化碳的方法和設備，
文中提到 CO2液體引入系統會產生一具有帶有負浮力且堅固的束流（包含有 CO2液體、
二氧化碳水合物與水），並且陷落至海洋深度約 700~1500 公尺時與以釋放。固定深度的 海水中，先混與 CO2 液體流，再與以釋入於海洋。因為混合方式是在一個壓力與溫度 都適合二氧化碳水合物生成的海洋深度， 因此，在注入過程中會展生帶有負浮力並產 生二氧化碳水合物/CO2 液體/水相。而這個陷落的束流藉由降低水相中二氧化碳融解速 率，將會延長二氧化碳海洋隔離的界穩定相。更進一步的來說，更深層的二氧化碳水合 物將會再注入後陷落，且內部會變得更穩定，外在壓力對於二氧化碳與海水結合的熱力 學性質以及注入方式皆會強烈的影響後續二氧化碳注入海洋中生成物的形成。舉例來 說，在較低的深度（如 500 公尺），二氧化碳氣體將部份的回歸至大氣中；而在深度約 500~2600 公尺，二氧化碳液體的密度將比在海水中來的低；而在更深的海水深度，二 氧化碳液體則更密集，因此在介於 500~2600 公尺的深度，二氧化碳注入後將形成液態
狀且亦傾向於產生正浮力，而當在深度大於 2600 公尺，因為產生了負浮力，所以則會 下陷。
2-1-2 地質儲存法
主要為將 CO2 儲存於地質結構，共可分為廢油田儲存、廢煤田儲存、廢天然氣井 儲存和地質岩層儲存四個不同的儲存地點。由於是需將 CO2 加壓之後，再注入地質結 構，所以，事先的地質探勘是非常重要的一環，藉由地質探勘的技術找尋最適當的儲存 地點，而地質探勘的技術如下所示：
反射震測：利用震波傳入地下，接受地層因折射或反射回地表的震動訊號，因而獲 得地質影像，可用來尋找背斜結構。
大地電磁波法：利用電磁波於地質深度之反射時間及強度，來探測深度 1,000m 以 上的地質結構，可用來探測地質的儲存空間。
地化模擬法：用來探測地質結構的化學環境，藉以評估地質結構對二氧化碳溶解及 沉澱的能力。
地質儲存法利用管線輸送 CO2，而 CO2經過工廠捕獲之後，再經過純化的步驟將 CO2純度提升為 85%~90%，並將其加壓至壓力為 110bar 才可輸送，而其輸送管線的壓 力為 80~110bar。由 Freeman et al.（2002）將 CO2輸送量與管線長度的成本關係比較如 表 2-4。
表 2-4 CO2輸送量與管線長度的成本關係比較表(Freeman et al.,2002) Length of pipeline
Throughput
million t/y 100 km 400 km
Specific cost
$/t/100 km
0.1 13 51 13
5 1.1 4.2 1.1
50 0.4 2.2 0.4-0.5
2-1-2-1 廢油田儲存法
自1970 年代起，石油工業界即發展出一套『強化採油』（Enhanced Oil Recovery, EOR）的技術，即當油田進入『初期採油』(Primary Recovery)的末期，此時，儲油層中 的石油無法自然生產，遂以天然氣或二氧化碳注入油田，作用在排掃殘存於儲油層孔隙 中之石油而提高採收率。在老油田的地下儲存二氧化碳，不僅經濟實惠，還可使操作員 在將二氧化碳注入時避免水污染和二氧化碳泄漏。在向可滲透岩層注入二氧化碳時產生
的高壓可將原油驅至油井中。另外，被注射進的二氧化碳還可乳化和部分溶解原油，這 會使原油更容易流進油井，從而提高油田的產油量。這些額外增產的石油帶來的收益可 以抵消分離、運輸和用泵將二氧化碳打進油田地底的成本。 而如果油田已經沒有石油 可以回收的話，我們就可以將此耗盡的油田長期的拿來儲存二氧化碳。
在加拿大薩克其萬省東南方的Weyburn油田，美國能源部門會同其它15個國家政府 機構、大學與研究機構一起參與二氧化碳掩埋計畫，該2800萬美元的Weyburn二氧化碳 監測與儲藏專案是目前世界上規模最大的類似計畫；二氧化碳埋藏法已經成為國際考量 的長期方案。該專案所埋藏的二氧化碳來自美國，經壓縮後以管線輸送至Weyburn油 田，目前已打入19 億立方公尺的量；Encana公司預期在未來30年可以用二氧化碳擠出 130百萬桶原油。由IEA於2003年所發表的二氧化碳儲存於廢油田成本評估如圖2-1所示：
Source : IEA(2003) 圖2-1 CO2Storage in depleted oil fields
由圖2-1的結果我們可以發現，當儲存二氧化碳於油田時，由於可以提高石油的回 收率，所以，可以減少儲存過程所需的成本。
2-1-2-2 廢煤田儲存法
煤層氣回收增強技術和石油的EOR的觀念其實是相似的，主要是把二氧化碳注入 不可開採的深煤層中加以儲藏，同時排擠出煤層中所含的甲烷加以回收的過程。甲烷和 二氧化碳以一定的比例存在於煤層中，煤層中既有氣態的甲烷和二氧化碳，也有吸附態 的甲烷和二氧化碳存在。當純二氧化碳注入煤層時，氣態的甲烷就被擠出，由於二氧化 碳具有高度的吸附性，煤層會迅速吸附二氧化碳並排出原先吸附的甲烷。
把二氧化碳注入目前不可開採的深煤層中加以儲藏，處在一定壓力下的二氧化碳就 很難流失或洩漏，能提升儲藏的安全性，這是煤層氣回收帶來的另一益處。Oldenburg et al., (2001)的研究文獻中提到在新墨西哥市的San Juan Basin已經開始進行相關技術的研 究，而圖2-2說明了利用煤礦發電之後行成煙道氣，在從煙道器中回收二氧化碳之後在 將之注入深煤床的一個慨念圖。
Source : Alberta Research Council Inc.(2003) 圖2-6 煤田儲存法的循環圖
由IEA在2003年所發表的文章中提到有關儲存二氧化碳在煤田中的成本評估由圖 2-3所示，由結果我們可以發現，當儲存二氧化碳於煤田中，由於可以回收甲烷而其經 濟效益可以負擔部分的儲存費用。
Source : IEA(2003) 圖2-3 CO2Storage in depleted coal fields
由於背斜結構為地質儲存的基本要素，大部分都分布於台灣的西半部，所以，需經 過探測後才可選擇適當的地點來，但是，由於台灣的煤層結構來看,煤層厚度似乎太薄，
不適合作為儲存二氧化碳的地點。
2-1-2-3 廢天然氣井儲存法
荷蘭政府即將進行一個大型的二氧化碳擠注封存計劃，目標不僅在於能夠封存大量 的二氧化碳，而且還要將之做為能高度獲利的投資。接受荷蘭政府委託的法國天然氣公 司（Gaz de France, GDF）於2004年2月在巴黎舉行公開說明，計劃將二氧化碳注入北海 一個離岸100公里、4公里深的舊天然氣田，該氣田生產至今已接近枯竭，一旦生產結束，
將開始進行將二氧化碳注入該氣田的作業。
二氧化碳的來源由位於海岸的二氧化碳脫除廠將其他氣田所生產含有二氧化碳之 天然氣所脫除之二氧化碳經由海底管線輸送到位，再以高壓注入該氣田。如此可將二氧 化碳封存於地下，而非直接排放於大氣中。由IEA在2003年所發表的文章中提到有關儲 存二氧化碳在廢天然氣井的成本評估如圖2-4所示：
Source : IEA(2003) 圖2-4 CO2Storage in depleted gas fields
由圖2-4的結果我們可以得知，當開始注入二氧化碳時，即代表需開始花費成本了，
而且儲存在天然氣井有別於煤田及油田，比較沒有經濟產品的回收，所以，不能減少儲 存的成本。
2-2-4 地質岩層儲存法
而儲存岩層可分為近海（offshore）岩層和近陸（onshore）岩層兩種，由相關的研 究發現，適合作為儲存槽的岩層必須位於地下 3000 英尺，並且，包含一層透水層，及 一層不透水層或低滲透性的岩層。透水層為 CO2 的通路，不透水層防止 CO2 逸散。母 岩的孔隙體積決定了 CO2 的儲存能力，孔隙通常充滿了鹽水，流體可以在其間流動，
故 CO2 可替代鹽水儲存在孔隙中，而不透水層與岩層之層狀結構形成了 CO2的圍束力 量，所以，具備了以上的種種條件，可使的二氧化碳在儲存上是繼效率又安全，並且可 讓二氧化碳在百萬年內不致逸散到大氣層中。 而地質儲存的關鍵因子為以下幾項：
需要在深度800~1000m並且具有阻絕估功能的背斜地質構造
背斜地質構造下方，具有流體儲存的空間
流體儲存的空間的化學環境適合CO2沉澱
運輸距離短可降低成本
儲存岩石結構需有良好的孔隙度
近幾年已有幾個國家已著手進行相關的研究，例如歐洲和澳洲則是在探勘和評估近 海的鹽水層（salt-water）儲存槽，而加拿大和美國則是在尋找近陸地的鹽水層（salt-water）
儲存槽。挪威國家石油公司（Statoil）於北海之Sleipner 氣田，所產之天然氣含有過量 的二氧化碳，在供應到市場之前，這些二氧化碳必須予以脫除。為了規避支付為數相當 龐大的碳稅，Statoil 於1996 年首度嘗試將所脫除之二氧化碳注入位於該油氣層上方的 一個地下水層（Utsira Formation），該水層之深度為800至1,000公尺如圖2-10所示。如 圖2-11說明數年後，Statoil 於1999 年再做震測調查，分析資料顯示，所注入的二氧化 碳於該水層內之頂端形成氣泡（Gas bubble），並未逸散。
Burruss （2004）的研究文獻中提到了在美國中西部的Mount Simon Formation、沿 著Texas Gulf Coast的Frio Formation和美國加州的Central Valley都被評估出其地質結構 含有大量的鹽水層，並將可以將他們開發成一個良好的二氧化碳儲存槽，其評估的儲存 容量可大於油田和天然氣井的儲存容量。評估美國境內約有400個可以儲存二氧化碳的 地點其中50個含有地下水層的結構。二氧化碳長期儲存於地質二氧化碳長期儲存於地質 中約有10~30﹪的二氧化碳會溶解於水中而和地質結構中的礦物形成碳酸鈣沉澱。
由Freeman et al.在2002年提出一些相關於利用管線來運輸二氧化碳所需花費的成 本評估，利用管線來運輸二氧化碳其成本需考慮的因子如：總處理量、管線長度、處於 近海岸（offshore）或近陸地（onshore）的地形、國家或區域的管理規章的應用、管線 內的壓力、推進壓縮機使用的數量、推進壓縮機的內外承受壓力、是否需要一個將二氧 化碳嵌入的壓縮機、管子的直徑等。
由這些因子去評估利用管線在不同的距離和不同的處理量，並且假設，這些二氧化 碳從工廠捕獲之後即可以利用，而其最小的壓力為100bar，並且考慮了壓縮機的成本，
壓縮機的內部壓力是80bar，外部壓力是110bar，而管線的外部壓力大約為80bar。
2-2 二氧化碳之生物固定法
二氧化碳生物固定法主要可分為植物固定和微生物固定兩大類，而生物性利用CO2
（biological carbon dioxide utilization），主要是將CO2作為生物生長之碳源（carbon source）如綠色植物和微藻類（microalgae）進行的光合作用（photosynthesis），此生化 過程就是利用具光合作用能力生物體中的酵素Ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase / oxygenase (Rubisco)，將CO2 固定轉化成糖類，CO2 固定之代謝循環稱為the Calvin Cycle。另外光合性微生物及某些自營性代謝的微生物如甲烷菌（methanogens）等亦能 利用細胞內的酵素系統進行CO2 固定利用。我們將一些國外相關專利整理如表2-5。
表2-5 生物固定法國外相關專利
Author Title of patent Published date
Markels, et al Method of sequestering carbon dioxide. May 2, 2000 (USA)
Hiroyuki, et al Photobioreactor . January 21, 2001 (Japan)
Trosch , et al
Photobioreactor with improved supply of light by surface enlargement, wavelength shifter bars or light transport.
January 21, 2003 (USA)
Delente , et al Closed photobioreactor. May 28, 1991 (USA)
Burbidge , et al Photoreactor. March 9 , 2000 (UK)
Feuga , et al Method for improving the performance of a photobioreactor.
December 10, 2002 (USA) Katsuyoshi , et
al
Method for reducing carbon dioxide in atmosphere and it’sdevice.
May 5,2002 (Japan)
2-2-1 微生物固定法
在各種二氧化碳減量的方法中，微生物固碳被視為最好的方法之一，特別是微藻和 細菌，因其適應力強、繁殖迅速，培養成本較低廉且有很好的固定能力，除了可以作為 固碳的介質外，其藻體仍有很好利用價值，可以同時處理廢水、並生產健康食品等經濟 用途。
而微生物可分成「自營生物」與「異營生物」二大類。所謂的自營生物，是此類生 物能從周圍環境中攝取無機的二氧化碳，並在其體內將之固定轉化成為有機碳，用來構 築其細胞與繁殖；因為這些有機碳是自己製造的，不假外求，因此稱之為「自營」。相 對的，異營生物指的是不能自己固定二氧化碳，而必須自外界攝取有機碳化合物的生 物。例如，可行光合作用的藻類及綠色植物屬於前者；而如人類、動物、真菌等生物則 屬於後者。再以生物對「能量來源」的需求方式而言，有的生物可以捕捉光能來作為其 代謝與生長的動力來源，稱之為「光合生物」；而有的生物則只能利用化學反應所產生 的化學能，則稱之為「化合生物」。光合作用以二反應系統所組成；一為必須有光能的 反應系統稱謂光反應（light reaction），另一為無須光能的反應稱謂暗反應（dark reaction）。
近十幾年來，關於這方面的研究甚多，其中以日本著力最深。如日本國內的地球環 境產業技術研究機構（Research Institute of Innovative Technology for the Earth, RITE ） 從 1990 年就開始著手利用微藻來進行 CO2 固定的研究，目的是在大自然中篩選有能力 並有效進行光合作用的微生物，並進而增進 CO2的固定能力和利用藻體來生產有用的 物質。日本東京電力公司在今日經濟（1995）中指出，微細藻類）藍藻）具有四倍於熱 帶雨林對 CO2 的吸收及固化能力，已設立了生物實驗室進行相關方面的研究。海洋生 物研究所（MarineBiology Institution，簡稱 MBI），近十年來在藻類的尋找與篩選上有 不錯的成果，他們發現 Chlorococcum littorale 可以在 40 % 以上的 CO2濃度下成長 (Kodama et. al., 1993)，而 Cyanidium caldarium、Galdieria partitia 和 Cyanidioschyzon merolae 甚至可以在 100 % CO2的情況下成長（Kurano et.al., 1995）。表 2-6微生物反應 條件比較表。
表 2-6 微生物反應條件比較表
微生物型式 品種 產物 需要條件
Cyanobacteria Synechococcus 澱粉、H2 CO2+暗反應 Bacterium Rhodovulum
sulfidophilum
H2 厭氧+光+除N2
Green-algae Chlamydomonas 澱粉、H2、O2 光+ CO2→澱粉+O2 厭氧+按反應→H2 Micro-algae Botryococcus 碳水化合物 光+ CO2
Micro-algae Chlorella 澱粉 光+ CO2
2-2-2 植物固定法
陸地生態系中，森林對二氧化碳吸收與固定具重要貢獻，藉由林木本身生理特性進 行光合作用吸收大氣中二氧化碳，所貯存的二氧化碳轉化為有機碳貯存於植物體內。全 地球表面每年二氧化碳經光合作用固定，轉變成植物之有機物質，約為2×1011噸碳量，
相關的植物吸收7×101 1 噸二氧化碳時，同時可產生5×101 1噸植物之有機物質。依植物 種類不同，其固定碳量亦有差別。陸地植物以森林植物所固定之碳量最大，不僅其光合 作用之效率高，同時所佔陸地面積亦最大。
Sedjo（1989）曾試算造林對碳的固定量，在普通人工林年平均生產量每公頃15立 方公尺材積的林地，1 立方公尺材積可吸收0.26公噸的碳。王立志（1996）則曾經在其 研究中使用第二次森林資源調查之生長量及生長率資料，在假設無林地變更及森林砍伐 的狀況下，則台灣森林每年可吸存大氣中17.38百萬公噸的二氧化碳。Brown et al.（1986）
估計熱帶造林地每年可吸收0.03 -0 .11×1 09公噸的碳，並指出其碳吸收最多的齡級位於 0- 5 及6-10 年生之林木。林木藉由光合作用來吸收二氧化碳，但影響光合作用的因素 甚多，如二氧化碳濃度、光、溫度及水，另外如樹種、樹齡、呼吸作用與蒸散作用等生
理因子，亦為重要的影響因素。
2-2-3 海洋生物固定法
Markels（2000）發表的專利『Method of sequestering carbon dioxide』中提到有關 於在海面施加肥料，使的浮游生物大量生長以達到固定二氧化碳的目的。在隔離二氧化 碳有以下幾個步驟：測試海洋平面的適合度、施予這個海平面肥料以增加植物生命並隔 離二氧化碳和量測二氧化碳被隔離的數量。海平面適合度的基本條件：（1）至少有一個 營養物的消失已達到一特定量；（2）水面需夠深，至少5000英呎（約1524公尺）深，10000 英呎（約3048公尺）深較佳，15000英呎（4572公尺）深最好。這一個施肥的動作將會 創造出一個在深海平面的地方長出充滿綠色植物的新環境。但是這個現今的發明不能被 用在淺灣或是湖泊，其主要是因為會產生缺氧狀的情形，一海洋平面是否適合用以隔離 二氧化碳將取決於一些因子；海洋的深度需要夠充足來防止在施加肥料後所產生的缺氧 狀情形。
第三章 結論與建議
二氧化碳儲存法是一個可以大量儲存二氧化碳的方法，在歐美相關技術已經漸漸的 實行了，而二氧化碳由煙道氣經 amine 吸收、氣提、壓縮之後由管線輸送再進行注入的 技術，而注入之二氧化碳為溫度 31℃，壓力為 73bar，純度 85%~90%的液體 CO2，而 在二氧化碳封存技術，其主要之成本係發生在分離及回收階段，若分離回收技術能進一 步發展，將可使地下封存之成本大幅降低，而使二氧化碳減量的問題得以迎刃而解。所 以，根據研究報告顯示，地質岩層儲存有較大的儲存量及成本較低的兩大優點，因此嘗 試將二氧化碳儲存於地質岩層中。而地質儲存的關鍵因子為以下幾項：1.需要在深度
800~1,000m 並且具有阻絕功能的背斜地質構造。2.背斜地質構造下方，具有流體儲 存的空間。3.流體儲存的空間的化學環境適合沉澱 CO2。4.運輸距離短可降低成本。5.
儲存岩石結構需有良好的孔隙度。
在海洋儲存方面，利用拖曳管船將壓縮的液體 CO2（壓力 6bar，溫度- 55℃，純度 85%~90%）運輸至深海稀釋處置的方法，而其最適當的深度為 1000~1500 公尺。 以中 國石油公司以往的經驗來看，如果台灣要利用 EOR 的技術，則需要克服管線容易腐蝕，
以及管線阻塞的難度如果將二氧化碳大量儲存於地下水層，可能會造成地下水酸化，進 而可能造成地質的鬆動。而由台灣的煤層結構來看，煤層厚度似乎太薄，不適合作為儲 存二氧化碳的地點，而比較可行的儲存地點為天然氣田及油田，但是儲存之後的監控相 對的就很重要，所以，現階段我國可以將發展重心致力於地質探勘的技術、生態環境的 評估和二氧化碳洩漏的監控系統。而可行性評估應朝對環境的衝擊性、安全性、二氧化 碳定量的監控測定和成本問題四大方向來評估。
而在二氧化碳生物固定法目前國內已有學者及相關機構對於生物固定二氧化碳已 有些許成就，在藻類的培養方面應該致力於培養附加價值高的藻類，進而提升其經濟效 益。在海洋生物固定二氧化碳技術方面，現在已有一項新的概念即為「海洋牧場的概 念」，在一定海域施定量的營養物可以促進綠藻的生長,進而提供魚類的生長源，既可提 升漁獲量又可達到固定二氧化碳的效果。Markels（2000）提到在海面施加肥料，使的 浮游生物大量生長以達到固定二氧化碳的目的，而處理每噸的二氧化碳需要 1.75 美元，
相對的具有潛力及經濟誘因，但投入過多的肥料可能會成為另一種環境污染。
陸地植物以森林植物所固定之碳量最大，不僅其光合作用之效率高同時所佔陸地面 積亦最大，但由於台灣面積的限制，所以，未來可朝向國際合作的方式，由台灣提供技 術，土地成本低的國家提供種植的面積，既可達到固定二氧化碳的效果，又可促進國際 的合作。最後，將本計劃的技術項目優先執行順序及建議執行單位列如表 3-1所示：
表 3-1 未來我國相關技術重點研究項目及建議執行單位整理表
建議執行單位 國科會
計畫 細項
技術方法
永續會 學術處 環 保 署
經濟部 技術處
內 政 部
農 委 會
研究重點項目
地質
儲存法 ˇ ˇ ˇ 1. 二氧化碳地質儲存的
地質探勘和二氧化碳 監測系統的建置。
2. 二氧化碳輸送條件和 輸送管線配置評估。
3. 評估二氧化碳儲存區 域可能造成的生態影 響。
海洋
儲存法 ˇ ˇ ˇ
1. 二氧化碳儲存海域安 全性的評估和二氧化 監測系統的建置。
2. 評估對二氧化碳儲存 海域的生態影響。
3. 二氧化碳輸送條件和 輸送方式評估。
生物
固定法 ˇ ˇ ˇ 1.2. 藻類的培養技術開發。提升微生物的再利用
性及經濟價值。
3. 生態影響的評估。
二 氧 化 碳 固 定 之 儲 存 及 固 定 技 術
植物
固定法 ˇ ˇ 1. 植物的挑選和栽種區域的評估。
2. 提升栽種土地的利用 率。
3. 提升植物的附加價值。
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