國立中央大學 CCUS 碳捕捉利用與封存研究

當 CO₂ 變身「超臨界流體」:從綠色溶劑到 CCUS 關鍵

一、兩種狀態的綠色溶劑

當二氧化碳被推到臨界溫壓以上,就會進入「超臨界」狀態,稱為 scCO₂
在這個特殊狀態下,流動與擴散像氣體、密度與溶解力又像液體。因為幾乎沒有表面張力,它能鑽進多孔材料;減壓之後又能迅速揮發,不留下殘留。因此,scCO₂ 已經廣泛應用在咖啡脫因、精密清洗、食品與藥品製程,被視為一種友善環境的溶劑替代方案。

雖然教科書常把 CO₂ 視為「不極性分子」,但在微觀上它能表現出 弱路易士酸/鹼特性,甚至形成 弱氫鍵。這些「定點、定向」的分子互動,讓 scCO₂ 的溶解範圍比直覺上更廣,例如:含羰基的有機物、經簡單衍生化的天然物,都有機會在 scCO₂ 中被溶解。

二、如何將綠色溶劑運用在 CCUS 技術上

在 CCUS 技術中,捕捉到的 CO₂ 需要透過管線輸送並注入地層,其中最省能量的狀態就是 「致密相」,通常就是超臨界或近似液態的高密度 CO₂。

這時候 CO₂ 同時具備:

  • 高密度 → 提高單位體積儲存量

  • 低黏度 → 降低管輸壓降、提升注入效率

對工程而言,這樣的物性更安全、更經濟。

在多數盆地中,當深度超過數百至上千公尺時,溫壓自然跨過臨界點,注入後的 CO₂ 就會維持超臨界狀態,大幅縮小體積、增加封存量。換句話說,典型的地質封存深度,正好是 CO₂ 以「最合適姿勢」長眠的環境。

三、從 EOR 到綠色製程與發電

scCO₂ 最知名的應用之一是 EOR(採收率增進):將超臨界 CO₂ 注入成熟油田,能提升殘餘原油的採收率,同時部分 CO₂ 會被地層困留。

更廣義來說,scCO₂ 是 綠色製程的媒介,能在 不升高溫度、不留殘留 的情況下完成:

  • 萃取

  • 反應

  • 分離

除此之外,scCO₂ 還能作為 發電工質。由於迴路緊湊、效率潛力高,若能與捕捉端的熱整合搭配,有機會抵銷部分壓縮能耗,形成「捕捉—利用—發電」的良性循環。

四、scCO₂:從「廢氣」到「資源」

然而,現實並非完全理想:

  • 壓縮需要能量 → 把 CO₂ 壓縮到致密相需耗能

  • 雜質影響相態並加速腐蝕 → 水、氧、硫化物等皆需控制

  • 封存需要長期監測 → 確保油井與岩層完整性

工程對策包括:

  • 壓縮/管輸最佳化

  • 脫水與防腐蝕設計

  • 使用發泡劑或界面活性劑,調控 scCO₂ 移動性,提升掃掠效率與滯留比例

換句話說,與其把 CO₂ 單純視為「排放氣」,不如把它看成可循環利用的媒介與資源。
scCO₂ 同時擁有 氣體的敏捷性液體的包容性,能在:

  • 地表 → 綠色製程

  • 地底 → 長期封存

  • 機房 → 高效循環

發揮不同角色。減碳並非單一技術的解方,而是多項技術互補,而 scCO₂ 正是這個體系裡 小而關鍵的齒輪

五、參考資料

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