從冰島二氧化碳封存計畫談地熱能源科技的新進展

作者 | 發布日期 2016 年 07 月 11 日 12:00 | 分類 環境科學 , 能源科技 follow us in feedly

最近冰島最大的地熱電廠 Hellisheiði 上了國際新聞,但原因是他們成功證實二氧化碳(CO2)可以在兩年內礦化封存在玄武岩中。這項世界首例的成就因而刊登上科學界頂尖的期刊《Science》。 Hellisheiði 地熱電廠只是世界第三大的地熱電廠,且發電裝置容量達 303 Mwe。



地熱發電過去受到傳統能源開發集團的壓抑及排擠,技術研發及投資遠遠不如傳統能源,甚至還比不上同樣屬於再生能源的太陽能及風電產業。然而近幾年美國能源部正協助地熱產業及學術單位研發新技術,以提高地熱開發的成功率及降低開發地熱的成本,期望增加美國廠商的全球競爭力。

「碳收集及儲存」(Carbon dioxide Capture Storage,CCS)是一種從石油開採工程所演變出來的減碳技術,將二氧化碳注入到儲油層中提高壓力及降低黏滯性,以提高石油產量,CO2 則可封存在地層中,經過數千年後完全成為礦物固化。但冰島則由一群科學家利用地熱電廠現有的設施,從 2012 年開始試驗另一種礦化 CO2 的地球化學反應,科學家將地熱電廠無法用於發電的不凝結氣體 CO2 及硫化氫(H2S)集中收集,利用地熱電廠的回注井將 CO2 及水一併回灌到風化玄武岩地層,利用玄武岩中的鐵鎂礦物與 CO2 及水產生的礦化反應,由於 CO2 加水就是碳酸,碳酸解離形成的氫離子與矽酸鹽產生反應,矽酸鹽中的金屬離子與碳酸根離子形成碳酸鹽礦物(Rober et al.,2012)。

Hellisheiði 地熱電廠共有 61 口生產井及回注井,除了發電供應冰島首都雷克雅維克的用電外,也將利用 7 公里的管線將熱水供應至城市用於供暖,熱功率高達 133 MWt,目前冰島有 68% 的能源消耗是仰賴地熱能,但 Hellisheiði 電廠的碳排放量只有同規模燃煤電廠的 5%,每年約 40,000 噸(圖1)。美國及冰島科學家合作進行 CarbFix 計畫,選擇在地熱電廠分離的二氧化碳溶於水中,再回注至 400~800 公尺深的地底,共有近 250 噸的 CO2 及 H2S 氣體被回灌(圖2),其中 95% 的 CO2 都固化成碳酸鹽礦物,形成的礦物類似澎湖特產文石。(圖3)

外稿

▲ 基載能源生命周期碳排放量比較(Baseload Renewable Energy Summit, 2016)。

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▲ 計畫主持人Juerg Matter 站在 CarbFix 計畫初期的回注井旁。(Source:MIT Technology Review

www.ldeo.columbia.edu

▲ CO2 礦化後經由鑽探取出的岩心樣本。(Source:ldeo.columbia

台灣科技部的國家能源計畫的「淨煤」主軸計畫也積極順應世界潮流,投入資源研發在鹽水層儲存二氧化碳的技術,並且預估到了 2020 年及 2040 年,CCS 成本分別達每噸 60 美元及 30 美元。而冰島的例子則已經達到每噸 30 美元的水準(Lamont-Doherty Earth Observatory,2016),提供商業化 CCS 可行的方式,或許大屯火山群未來要開發地熱資源,設置地熱電廠也可以妥善利用安山熔岩流地質條件進行 CCS 的實驗。

美國近期的地熱發電並未像紐西蘭、土耳其、肯亞等國大幅增加,主要原因是 70 年代即大量開發探勘較簡易的地熱資源蘊藏地區。但在地下 4 公里的地層內,仍有開發成本雖然較高,但數量上相當龐大的潛在永續能源,因此美國能源部協助各專業領域的地熱公司投入研發計畫,在 2014 年宣布提供 3.38 億美元獎勵資金,用於探索開發新的地熱蘊藏區,研究先進的地熱技術。這些資金涵蓋範圍包括 39 個州的 123 個項目,受益者包括民營企業、學術機構、地方政府和美國能源部國家實驗室等,由非聯邦資金或私人基金提供額外的 3.53 億美元用於研發計畫(周韋慧,2015),因此研發計畫規模近 7 億美元。在 2015 年的研發成果包含先進的鑽井技術、抗腐蝕材料、探勘資料處理分析、地熱海水淡化技術、地熱滷水有價成分提煉等(2015 Annual Report Geothermal Technologies Office,2016)。

反觀國內現階段科技部在「深層地熱」主軸計畫每年僅投入不足一億的經費,且以地熱徵兆探勘的花費為主,而非與產業合作培養具有國際競爭力的關鍵技術,對於未來 9 年要開發 600MWe 的再生能源目標而言,值得科技部主管機關在策略規劃上深思。

(首圖來源:達志影像) 

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