◎過濾：邁向成功脫碳的關鍵之路
要緩解氣候變遷的影響，需要在全球進行脫碳，這意味著必須從所有工業流程與全球能源供應中去除碳排放。這項迫切需求正在推動碳捕捉、利用與封存（CCUS）技術的創新。「再利用」是其中的關鍵，因為在可能的情況下重複使用捕捉的二氧化碳（CO₂），在實際、環境與經濟層面上都是合理的。目前已有應用在食品與化工製程、冷凍、滅火系統及再生燃料等領域，但是否能再利用，取決於所捕捉氣體的品質。
CCUS是指一系列用於從電廠及工業設施等排放源捕捉CO₂排放的技術，藉此防止其釋放至大氣中。這些技術涵蓋從高效壓縮與地下儲存，到各種成熟或新興的CO₂再利用與回收方式。過濾技術在CCUS全流程中扮演關鍵角色，從氣源淨化、CO₂捕捉，到後續的壓縮、運輸及最終儲存或再利用階段。英國Cleanova公司技術長Colm Joy撰寫白皮書探討過濾在碳捕捉、封存與再利用（CCUS）中的關鍵角色，並說明系統開發商如何能更有效地與過濾專家合作，以獲得最佳投資報酬。
儲存還是再利用？
將CO₂從氣體流中分離的技術已相當成熟，傳統使用的捕捉技術如溶劑與薄膜法，正在持續被改良以提升CCUS的效率。然而，將CO₂永久儲存仍具挑戰性。尋找與評估潛在儲存場址費時又昂貴，即使地質條件適合，場址可能仍需額外調整與持續監測以防止洩漏。此外，運輸過程也更為複雜，建設、監控與維護所需基礎設施會產生可觀成本。
相比之下，「再利用」常是一種更具經濟效益的選擇，因為CO₂的既有市場已逐步建立，像是將CO₂作為電子燃料（e-fuels）生產的主要原料，也正在迅速發展。CO₂的工業再利用能創造價值流，而非僅是一種監管負擔或成本，同時也有助於更廣泛的永續目標。無論目標為何，捕捉CO₂的品質極為重要，而這正是過濾技術發揮關鍵作用的地方。
捕捉過程中的過濾
CCUS專案通常聚焦於從點排放源捕捉CO₂。直接從濃縮的廢氣流中捕捉氣體，比從環境空氣中提取更具成本效益。正確應用過濾技術有助於維持碳捕捉系統的效率，並將汙染最小化的CO₂傳遞至下游流程。
◇燃燒後捕捉的過濾
化學吸收是目前最常見的燃燒後碳捕捉技術，廣泛應用於電廠、水泥生產及其他燃燒碳氫化合物的產業。使用如胺類溶劑（如MEA/DEA）選擇性地吸收廢氣中的CO₂，再透過加熱溶劑釋放CO₂，並進行壓縮以利運輸或儲存。
過濾可保護溶劑不受廢氣中雜質的汙染，避免產生汙垢、泡沫與溶劑劣化，進而維持高效率的CO₂捕捉率，並防止逸散至大氣中。透過活性碳過濾去除殘留有機物與碳氫化合物也同樣關鍵。任何汙染物若進入吸收塔頂端，都會影響CO₂的品質與接觸塔的運作效率。
溶劑吸收系統中應配置過濾設備的主要位置
◇燃燒前捕捉
在燃燒前分離CO₂的方法常見於整合煤氣化聯合循環（IGCC）電廠中，將化石燃料轉化為合成氣（含CO、H₂與CO₂）。分離CO₂後，氫氣可作為潔淨燃料使用。過濾在此用於去除合成氣中的硫化物、微粒與水分，確保後續CO₂分離的效率。常見技術包括薄膜、變壓吸附製程分離（PSA）與固體吸附劑等。
◇富氧燃燒捕捉
富氧燃燒是使用純氧而非空氣來燃燒化石燃料，其主要產物為CO₂與水蒸氣。經過冷凝水蒸氣後，可獲得高濃度的CO₂流。產生純氧需使用空氣分離裝置（ASU），而過濾器則用於去除進氣中的雜質，以保護ASU並確保氧氣產能。
◇直接空氣捕捉（DAC）
DAC是一種非燃燒形式的碳捕捉技術，能直接從大氣中移除CO₂。固態DAC倚賴與CO₂有親和力的吸附劑，進行吸附與解吸循環；液態DAC則使用溶劑，進行吸收與再生循環。DAC與傳統捕捉方法的相似處，使得現有過濾技術得以轉移應用，協助過濾進氣、維持溶劑純度，以及在釋放空氣前去除殘留液體。
超臨界過濾
捕捉的CO₂必須經脫水與壓縮進入超臨界（高密度）狀態，以利運輸與儲存。CO₂中若含水、潤滑油、氧氣與硫化氫（H₂S）等雜質，可能損害管線完整性，導致腐蝕或副產品阻塞管道。若這些雜質被帶至下游，可能會汙染關鍵設備如控制閥、計量站與高壓注入泵，造成更高維修成本、設備提前汰換與非預期停機。固體汙染物也可能阻塞儲存岩層的孔隙結構，提高注入能耗並降低儲存容量。因此，在為超臨界CO₂應用選擇過濾器與分離器時，必須謹慎選用材料、適當的過濾尺寸與過濾等級。
在CO₂壓縮與脫水過程中應配置過濾的階段
CCUS過濾技術的發展
CCUS是一個快速發展的市場，對過濾專家的挑戰在於如何將天然氣行業中已證實有效的技術，延伸應用到CCUS的需求上。例如Cleanova公司的CMAX過濾技術就是一項專為吸收型CCUS系統設計的成功案例，在此類系統中，若微粒汙染物含量過高，會削弱溶劑效率並堵塞下游設備，同時也需從脫吸塔排出的CO₂中去除微粒與氣溶膠。CMAX濾芯具備高的單位面積固體去除能力，可因應1–100 μm範圍內的過濾效率需求，並已針對多種物理性溶劑製程（如MEA、DEA、Selexol、Purisol）進行優化設計。在超臨界CO₂注入應用中，CMAX也表現出色，特別是在低濃度粒子條件下，能提升儲層注入效率。
然而，單靠更好的過濾設備，無法實現產業規模的脫碳。目前並無標準化的CCUS系統設計，每個應用案例都有其獨特挑戰。要找到最佳過濾方案，需要系統設計師與過濾專家進行合作。
結語
將既有技術（如過濾）成功轉化為CCUS特定應用的過程仍在持續進行，而及早合作是實現脫碳之路的關鍵。降低成本、優化正常運作時間和提供高品質的產品是任何工業應用的共同目標。成功調整過濾等現有技術以滿足CCUS操作的特定要求是一個持續的過程，有待過濾與分離專家共同努力。
資料來源： 1. Filtration: the route to successful decarbonization. https://www.filtsep.com/content/features/filtration-the-route-to-successful-decarbonisation 2. Carbon capture, utilisation and storage: a filtration perspective. https://www.cleanova.com/wp-content/uploads/2024/08/CCUS-Whitepaper_20250224.pdf
台灣過濾與分離學會 Taiwan Filtration and Separations Society
