先進材料塑造碳捕獲的未來
多個產業，例如發電、化工、鐵鋼等，正面臨碳排放問題。隨著全球監管機構制定雄心勃勃的目標、時程表及強制措施（如碳稅與排放交易制度）以遏制碳排放，降低碳排放的迫切性已達前所未見的高度。與此同時，這些難以減排的產業還需應對持續攀升的能源需求——而這股需求仍高度依賴傳統的碳排放型化石燃料。
在應對這些挑戰的最前沿，是碳捕集、利用與封存（CCUS）技術——該技術能在碳排放進入大氣層前進行捕獲與儲存。
在減少碳排放的關鍵戰役中，這項重要工具面臨的重大挑戰之一，在於升級整個價值鏈的基礎設施與設備。以碳捕集（CC）為例——作為碳捕集、利用與封存（CCUS）的核心環節，其涵蓋多種技術成熟度等級（TRL）各異的技術體系，每項技術皆伴隨獨特挑戰。 碳捕集技術主要分為四大類：燃燒後捕集、燃燒前捕集、氧燃燒技術，以及直接空氣捕集（DAC）。
四項具潛力的碳捕集技術
要有效應對碳挑戰並尋求有前景的解決方案，理解四大碳捕集技術的差異至關重要：
- 燃燒後捕集技術是四種技術中最成熟的，具備最廣泛的應用靈活性，在碳捕集領域佔據最大市場份額。該技術廣泛採用化學溶劑（通常為胺基溶劑）或物理溶劑（如Selexol、Rectisol、Fluor™等），其中化學溶劑佔據絕對主導地位。 化學溶劑與二氧化碳均具腐蝕性，可能侵蝕密封件與易損部件，導致閥門、泵浦及熱交換器等設備失效。燃燒後捕集技術廣泛應用於發電、石化、鋼鐵及水泥等多元產業領域。
- 預燃燒技術是下一代領先技術，可望應用於天然氣聯合循環發電廠、整體氣化聯合循環（IGCC）廠及天然氣重整製程。當今商業化的預燃燒CC技術普遍採用吸附製程¹，可透過壓力擺動（PSA）或溫度擺動（TSA）實現。其中壓力擺動吸附（PSA）製程的商業化程度較TSA更為成熟。 在分離碳元素的同時，PSA技術亦能回收與提純氫氣，隨著氫氣需求增長，此特性使其成為理想選擇。然而該工藝需在高循環速率（每年高達200,000次²）、高工藝壓力及進料氣體雙向流動條件下運行。這些因素共同作用將加速設備磨損，引發可靠性問題。
- 高氧燃燒技術透過去除空氣中的氮氣，利用近乎純氧進行燃燒。此技術的主要優勢在於：因氮氣缺失而大幅降低氮氧化物產量，並能高效捕獲二氧化碳。然而，由於氧氣濃度較高，該過程會產生極高溫度（3000-4500°F+）。 因此，相關設備需採用能耐受高溫及高濃度二氧化碳所致腐蝕性環境的材料。以生物質發電產業為例，其採用的氧氣燃燒技術即稱為「生物質能源與碳捕集封存」（BECCS）。
- 直接空氣捕集（DAC） 因能直接從大氣中捕獲二氧化碳， 被公認為 負排放技術。 雖然液態溶劑與固態吸附劑在DAC製程中廣泛應用，但液態溶劑會對製程設備造成腐蝕威脅。儘管DAC技術目前尚未具備商業部署條件，但在美國、加拿大、歐盟及英國等主要市場的政府支持下，仍具備快速發展的潛力。 最新進展體現於將DAC技術捕獲的二氧化碳應用於水泥及食品飲料產業。
迎接碳捕獲挑戰
為應對這些挑戰格瑞特維的材料產品組合提供了可靠的解決方案，能在碳捕集市場中最具挑戰性的環境下展現更優異的性能與更長的使用壽命。 舉例而言，在需要高溫與強腐蝕性溶劑的燃後捕集或直接空氣捕集（DAC）製程中，如我們近期推出的Chemraz® 541等全氟彈性體（FFKM）O 型環，在胺類應用中表現極為優異。採用這些先進材料製成的組件，有助於提升機械密封、泵浦、閥門、吸收器及再生器等設備的可靠性與使用壽命。WR® 600 和 WR 650®為 PFA 複合材料，應用於泵浦的軸承與襯套中，在高溫下對 DEA 或 MDEA 等胺類物質亦展現出卓越的耐受性。某些材料，例如Arlon 3000XT®交聯 PEEK，則可在機械性能退化成為考量因素的應用（如色譜柱填料）中提供替代方案。
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1.https://www.energy.gov/fecm/pre-combustion-carbon-capture-research
2. 福祿賽 – 提升PSA應用中閥門的可靠性與性能