政府科技計畫成果效益報告-淨煤、捕碳與儲碳主軸專案計畫第一期程.docVIP

政府科技計畫成果效益報告 能源國家型科技計畫總期程成果效益報告 計畫名稱：氣化合成氣之高效能水氣轉化及其二氧化碳捕獲技術開發 淨媒 主軸 ___節能減碳_ _分項/___淨煤、捕碳、儲碳 _子項 主管機關：行政院原子能委員會 執行單位：核能研究所 第二部分：政府科技計畫成果效益報告 基本資料 前期計畫（99～101年度）： 計畫名稱：高溫CO2捕捉與轉化─新穎奈米層狀與複合奈米材料設計及研發(2/2) 主 持 人：陳三元 計畫期間(全程)：98年 11月 1 日至10年月31日 年度經費： 7001 千元 全程經費規劃： 21394 千元 執行單位： 國立交通大學材料系 主 持 人： 邱耀平 計畫期間(全程)：102年1月 1 日至 104年 12 月 31 日 年度經費： 9,000 千元 全程經費規劃： 58,957 千元 執行單位： 核能研究所（中興大學、聯合大學、交通大學、成功大學） 計畫目的、計畫架構與主要內容 計畫目的： 伴隨著地球暖化、氣候變遷，節能減碳已成為了地球公民的共同責任，為了有效改善溫室效應為地球帶來的嚴重影響，世界先進國家紛紛開始開發淨煤技術(Clean Coal Technologies, CCT)，以降低與限制二氧化碳排放量的重要措施。淨煤主軸計畫之技術發展願景為：2020年達到減少每噸二氧化碳之成本少於60美元、2040年達到減少每噸二氧化碳之成本少於30美元。減碳成本將影響相關技術產業化之可行性及其衍生之社經效益；因此在技術經濟分析及評估之相關工作，應考量碳捕獲與封存技術的開發，如何達到與時具減之減碳成本趨勢。 氣化(Gasification)技術可將固態燃料（如煤、生質物…）、氣態燃料以及液態燃料轉換為以CO與H2為主之合成氣體（合成氣）。氣化產品組成分布如下：化學品(40%)、燃油(29%)、發電(22%)、氣態燃料(9%)；由此可以發現，化學品與燃料為大宗，發電則佔有一定比例。由於氣化技術之特性，可將CO與H2進行比例調整，以符合後續應用；例如，合成天然氣之CO/H2約為3：1、甲醇約在2.5～3.0、乙二醇二甲醚(DME)為1：1。應用於發電技術時，則可將CO轉換為CO2，並將CO2進行捕獲/分離；藉此方式實現CO2排放減量，以減緩溫室效應，此即為燃燒前(Pre-combustion)捕獲。 本計畫延續99~101年度之前期計畫，以中高溫水煤氣轉換以及CO2捕獲/分離程序為開發主軸，並以未來高效能之「高溫先進製程」以及「近商業化程序開發」為兩大主要發展軸線，兼顧短期商業化應用以及中長期高效能技術開發。其目的在於藉由整體系統操作溫度提升，降低大幅度溫度變化所造成之系統熵的增加，達到提升系統整體性能之目標。因此，此類進展將可能提供較低成本之CO2捕獲技術選項，降低國內產業因溫室氣體減量造成對成本之衝擊。 此研究計畫之前期（99～101年度）計畫為「高溫CO2捕捉與轉化--新穎奈米層狀與複合奈米材料設計及研發」，主要是由三個相互獨立的子計劃共同研發，以其計畫目標如下圖： 圖CO2捕獲及化學轉化合成的計畫架構承續前期計畫之核心技術與成果，第二期計畫以CO2有效分離作為核心目標，並進一步區分為五項子計畫，以針對細部技術進行研發。各子計畫之主要工作範圍及其主持人如圖 圖2-2-2：氣化合成氣之高效能水氣轉化及其二氧化碳捕獲技術開發計畫架構 計畫主要內容： （一）高溫CO2捕捉與轉化─新穎奈米層狀與複合奈米材料設計及研發 本計畫利用Ca/Al = 7:1的莫耳比例換算其Al的添加量再將Limestone酸化改質後依序加入Al離子(以LM-Al-Cx表示，其中Cx為不同煅燒的溫度)，主要目的為達高溫抗劣化作用及結構重組之再生再利用。考量其CO2捕獲量與循環迴圈穩定性，將此粉體煅燒700oC後，藉由TGA儀器分析其CO2捕獲循環迴圈效能，如圖2-3-1(a)所示。由圖觀察得知，其最大CO2捕獲量高達60 wt%，於第50次捕獲循環迴圈，仍具備88%之優異的捕獲效能，直至第70次捕獲循環迴圈後，整體捕獲效能約劣化24 %，其捕獲效能維持率則為76 %，此乃為粉體燒結效應所導致。為使捕獲劑不受燒結作用而產生效能劣化之情況，本研究利用調控熱處理（950oC進行煅燒）的方式與添加更多惰性材料（2倍的Al離子），如圖2-3-1(b) 與圖2-3-1(c)所示結果顯示，前者因高溫煅燒後有部分Cax-Aly-Oz惰性氧化物產生，後者則形成具高溫捕獲穩定性之抗劣化吸收劑；唯最大捕獲量則較原始為低。首先將此粉體950oC進行煅燒後再進行CO2捕獲循環迴圈測試如圖2-3-1(b)