随着人类进入工业化时期,化石燃料的过度使用,产生大量的人为温室气体(以二氧化碳为主),造成全球温室效应更加剧烈,造成全球平均温度上升与海平面上升等多项灾害。二氧化碳捕获与封存(简称碳捕存)技术,是有效的二氧化碳减排措施之一,将化石燃料燃烧所排放的二氧化碳捕获,运输到封存场址封存,可有效将二氧化碳与大气长期隔绝,减缓温室效应。
在二氧化碳捕获后,除非工厂刚好位于封存场址上方,否则需要将二氧化碳运输到封存场址进行封存。但因为气态二氧化碳密度极低,需透过压缩以提升二氧化碳的密度,以便于运输并降低运输成本。因此,二氧化碳运输可再分为压缩及运输两个部分。
二氧化碳压缩
二氧化碳压缩,与天然气压缩类似,透过压缩机进行压缩。依据压力增加原理,可将压缩机分为改变气体体积及改变气体速度两种。改变气体体积的压缩机,先将气体导入一密闭空间后,透过压缩气体体积,使气体压力升高;改变气体速度的压缩机,是透过轮叶的转动,让气体高速流动,再通过外围的升压环,后来由于升压环的截面积增加,气体的流速逐渐降低,使气体能量由动能转为压力能,而让压力上升。通常使用的类型为离心式压缩机,可以处理较大流量的气体。
二氧化碳可分为固态、液态、气态、超临界态四个相态。当二氧化碳压力高于7.4 MPa及温度高于31℃时,二氧化碳会转变成超臨界流体,其物理性质介于气、液兩相之间,同时具备了气体与液体的特性,黏滞性低,几乎没有表面张力,易渗入地层孔隙中;因此,在进行二氧化碳封存时,需要以超临界态进行灌注。
二样化碳三态
而在进行运输时,分为气态、液态、超临界态三种类型。由于气态二氧化碳密度极低,且于温度降低或压力升高时,会转化为液态,造成两相共存,不利于运输,所以一般都以液态或超临界态进行运输。在三个相态中,液态二氧化碳的密度最高,输送效率高,但亦有二相共存的问题,且黏度比起超临界态及气态大,较不利于流动。而超临界态由于具有与气体的低黏度和高扩散性,以及与液体相近的密度和溶解性,较不易受到外界温度影响,于实际运输中具有优势,但压缩至超临界态所需的成本较高。因此,在进行二氧化碳运输时,依其成本考量及运输方式,多将二氧化碳压缩为超临界态或液态进行运送,气态则较少。
二氧化碳运输
二氧化碳运输方式主要可分为管线运输、汽车槽车运输、铁路运输和船舶运输四种方式。其中,最普及与运输成本最低的方式为管线运输,可大量且长期运输二氧化碳,并于短距离或长距离运输皆可使用;然而,缺点为初始管道建设成本高,建设受到地形及气候限制,且需面对二氧化碳运输导致管道腐蚀、泄漏的问题定期检测及改善,但整体而言,仍为成本最低且最有可行性的运输方法。
汽车槽车运输,运输成本极高,但相对灵活,可依需要修改运输路线及地点,适用于输送量较小的情况。铁路运输,比起汽车槽车成本相对较低,但受到铁轨路线的制约,若运输需建立专属的铁路,初始投资仍然极高。因此,相比于管线运输,汽车槽车运输、铁路运输两种方式较不具有经济性,不适用于大规模二氧化碳运输。
船舶运输,需要位于周围有河流或靠海的位置才可使用,在需长途运输或运输至海外的情况下,具有其特定的优势,并可与其他运输方式加以结合,达到最具效益的运输。
整体而言,二氧化碳运输需综合考量运输量大小、运输设备、运输距离、地理区位等条件,选择最适合的运输方式与运输相态,才有利于运输到封存场址进行后续的封存。