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2022-06-10

碳廢氣都可回收再造?釀酒、織布、造鑽石都得!「碳捕集、再利用與封存」技術開創綠色新商機

  從工廠煙囪排放的二氧化碳,可以回收再造成布料、鑽石、甚至伏特加酒,這絕對不是天方夜譚,而是現正進行中的新型綠色產業。有不少初創企業家認為,只是把捕獲的二氧化碳封存在地底,著實有點浪費,倒不如善加利用,再製造成具商業價值的負碳排產品(Carbon Negative Products),因而衍生出「碳捕集、再利用與封存」技術方案,創造新一波的綠色商機。

 

二氧化碳再利用近年受重梘

 

  「碳捕集與封存」(Carbon Capture and Storage,CCS)現已被視為減緩全球暖化的重要方法之一;如在此基礎上加入「再利用」的考量,則會衍生出「碳捕集、再利用與封存 (Carbon Capture, Utilization and Storage,CCUS)技術。

 

為了減少二氧化碳的排放,全球各國除積極發展綠色能源外,也開始研發「碳捕集、再利用與封存」技術:收集燃煤發電廠或工廠排放的二氧化碳,再利用來製造成各式各樣的產品。這種負碳技術被視為邁向淨零碳排的最後一哩路。(圖片來源:Pixabay.com)

 

  CCUS技術是將燃煤發電廠、鋼鐵廠、或化工廠等排放的二氧化碳分離收集起來,轉化成化工原料,再用來製造成各式消費性產品;換言之,這是把二氧化碳永久封存在產品內,避免排放到大氣中。其實,這樣的負碳技術已發展了數十年,但因為成本過高,以致一直未獲市場重視。

 

  不過,當歐盟「碳邊境調整機制」(Carbon Border Adjustment Mechanism)將於2026年正式啟動,令到碳中和從道德呼籲,變成企業必須面對的碳邊境稅,逼使企業投入綠色轉型,於是負碳技術在近兩年才開始吸引投資者的關注,得以快速萌芽發展。

 

  國際市調機構Allied Market Research評估,全球CCUS市場將以每年13.8%的複合增長率成長,及至2030年市場規模將達到70億美元(約546億港元)。

 

Lululemon回收碳織造布料

 

  2021年7月,加拿大體育休閒服品牌Lululemon發表全球首件由碳回收布料製成的瑜珈服,震撼業界。Lululemon背後的技術合作夥伴是生物初創企業LanzaTech。該公司的主要業務是,把碳廢氣轉化成乙醇,然後銷售給下游工廠當作化工原料或燃料。

 

Lululemon跟LanzaTech合作,把碳廢氣用細菌轉化成乙醇,再製造成化纖原料乙二醇,用作生產碳再造聚酯纖維「FENC TOPGREEN Bio3—PET」,其外觀、特性均跟傳統聚酯纖維相若。(圖片來源:LanzaTech官網)

 

  LanzaTech表示,其碳再造技術有點像釀製啤酒:先從工廠捕獲碳排放氣體,跟著放入裝滿梭菌(Clostridium)的大桶中;這種來自兔子腸道的細菌會「吃掉」這些碳廢氣,並生成乙醇(Ethanol)。

 

  接下來,LanzaTech把這些乙醇的後續生產任務,交棒給一系列合作廠商:石化產品製造商India Glycols將乙醇轉化為乙二醇(Ethylene Glycol),用作化纖產業的基礎原料;遠東新世紀(Far Eastern New Century)則把乙二醇轉換成聚酯(Polyester)原料,讓Lululemon用來織造聚酯纖維布料。

 

碳回收布料生產成本仍偏高

 

  然而,這種碳回收聚酯纖維的製造成本,卻比從石油提煉生產的傳統聚酯為高。究其原委,目前開採頁岩油所用的「水力裂解」(Fracking)技術已非常成熟,所以傳統石化公司把乙醇變成乙烯(Ethylene),再製造為合成纖維的成本很低。比起LanzaTech要先捕捉碳廢氣,再轉化為乙醇,然後才可進行後續化學製造工序,等於額外多加一個生產步驟,推高了整體成本。

 

  如此看來,在生產流程中引入CCUS技術,絕非符合成本效益之舉。幸好,在歐盟碳關稅的壓力下,加上各國政府開始對綠色企業給出各項優惠政策,下游生產商依然傾向使用回收碳作生產原料。Lululemon於2020年公開承諾,2025年前將會從永續來源採購75%的原料;2030年前旗下所有產品都會由永續原料製造。

 

  除織造布料外,回收碳還可以用來生產人造鑽石。近年,年輕世代族群對人工鑽石的接受度愈來愈高,不但因為其品質已達到接近天然鑽石的效果,更因為其生產過程不會破壞環境和產出碳排放。國際顧問機構Bain & Company的調查報告指出,美國、中國、印度年輕消費者在選購鑽石珠寶時,開始將永續發展視為消費決定的考慮因素之一。

 

除Lululemon以外,LanzaTech也有跟時裝品牌ZARA合作,利用碳再造布料來織造出「Sustainable Innovation Hub」系列環保時裝。(圖片來源:ZARA官網)

 

Aether空中取碳製造鑽石

 

  俄烏戰爭爆發後,美國禁止進口俄國國營鑽石開採集團阿羅莎公司(Alrosa)的產品。該公司是世上最大的天然鑽石生產商,佔全球鑽石生產量的3成,此番禁運遂使鑽石供應出現巨大缺口,惟其他國家鑽石礦商卻難以在短時間內增產,所以這個市場空隙很有可能被人造鑽石進入填補。

 

  隨著人造鑽石日漸走紅,全球首家以碳捕捉技術生產鑽石的初創公司Aether Diamonds,也開始受到市場關注。該公司從空氣中捕獲二氧化碳後,再混入氫,合成為碳氫化合物(Hydrocarbon),跟著放進由綠色能源驅動的「化學氣相沉積反應器」(Chemical Vapor Deposition Reactor),3至4週後便可以生成原鑽晶體;最後,把這些晶體交由珠寶工匠切割、拋光和潤色,便可成為鑽石製成品。

 

圖中在Aether官網上發售的鑽戒(鑲有1.5卡與0.5卡負碳鑽石),定價為25,898美元(約20.2萬港元),其減碳量為16公噸,可抵銷一名美國人3.2年的碳足跡。(圖片來源:Aether Diamonds官網)

 

  傳統鑽石礦商從礦場開採和生產天然鑽石,過程中每卡鑽石會排放143磅二氧化碳。相反地,Aether每製造1卡人造鑽石,則可以從大氣中移除20公噸的二氧化碳。因此,對環保意識日漸高漲的年輕消費者來說,這種負碳鑽石就變得更具吸引力。

 

傳統鑽石礦業經常被批牽涉到血鑽問題——礦商以非法手段奴役工人開挖鑽石,衍生出很多不人道事件。Aether在實驗室中用碳製造鑽石,過程中既沒有勞役礦工,又沒有產生碳排放,可說是符合環保與人道主義的生產方式。(圖片來源:Pexels.com)

 

  Aether在2021年年中已開始向客戶交付首批負碳鑽石,價格介乎1,100至45,000美元(約8,580至351,000港元)不等。該公司承諾,其鑽石產品至少已達到接近無色的H級與VS2的鑽石淨度。

 

Air Co.用碳捕捉釀製伏特加

 

  用回收碳製造的產品不僅可以穿戴在身上,更可以喝進肚子裡。來自紐約的初創企業Air Company,推出了全球首款由二氧化碳釀製而成的伏特加酒「Air Vodka」。

 

Air Company表示,每生產一瓶Air Vodka,就會從空氣中消除1磅二氧化碳,而製造過程中只會排放氧氣和水份。(圖片來源:Air Company官網)

 

  Air Company利用電解方式,先從水中分離出氫氣和氧氣,再從大氣中捕捉二氧化碳,接著將氫氣和二氧化碳放進「碳轉化反應器」(Carbon Conversion Reactor),轉化為無雜質的乙醇,再將之與水混合,釀製成伏特加酒。

 

  該公司希望透過碳轉化技術,每年可以消除逾46億噸二氧化碳,等於全球10.8%的碳排放量。這種伏特加酒對減碳似乎是很有價值,惟價錢卻絕不便宜——一瓶50毫升的Air Vodka 索價79.99美元(約624港元)。

 

  除伏特加酒外,Air Company的碳轉化反應器還可以製造出香水和洗手液,如此用途廣泛的負碳技術,當然吸引了不少投資者垂青。2022年4月,Air Company獲得3,000萬美元(約2.34億港元)的A輪融資,由Carbon Direct Capital Management負責領投,參與投資者包括豐田風投(Toyota Ventures)、JetBlue Technology Ventures等。

 

Air Company聯合創辦人格雷戈里·康斯坦丁(Gregory Constantine)表示,透過A輪融資獲取的新資金,將用於研發火箭燃料的碳轉化技術,跨足航天領域。(圖片來源:Air Company官網)

 

CCUS或帶來企業道德風險

 

  可是,CCUS技術的最大挑戰始終是成本。《麻省理工學院科技評論》(MIT Technology Review)指出,國際社會必需在2100年前從大氣消除1,000億至1兆噸的二氧化碳,始能將全球升溫限制在攝氏1.5度之內。現時碳捕捉每噸成本大概為600美元(約4,680港元),若要收集1兆噸碳,成本高達600兆美元(約4,680兆港元),相當於全球每年GDP的7倍以上。如要進一步將回收碳轉化為其他產品,當然還要花費更多額外成本。

 

  綠能科技新聞網站Cleantechnica估算,如果要捕獲全球每年碳排量的10%,需要過濾3.16億個美國大峽谷的空氣;能夠處理如此龐大空氣流量的過濾設施,規模將會比過去百年內全球興建的石油與天然氣設施還要大上100倍。這樣龐大的碳捕捉設施根本上是難以實現!

 

  英國廷德爾氣候變化研究中心副主任安德森教授(Kevin Anderson)與挪威奧斯陸國際氣候及環境研究中心主任彼得斯(Glen Peters),在學術期刊《科學》(Science)上撰文提醒大家,千萬不要對碳捕捉技術有過高期望,因為這項技術的規模有限,倘若過分依賴,可能會構成巨大的企業道德風險。

 

  假如未來有一天,碳捕捉技術終於發展至符合成本效益,那麼是否意味著各大企業可以「名正言順」地放棄節能減排呢?若然企業主管相信,有了便宜的碳捕捉方案,就不用改變高碳排的生產方式,甚至無需採用可再生能源,最終只會讓全球減碳目標停滯不前。

 

  不過,也有評論認為,面對著氣候變遷的威脅,研發碳捕捉技術、發展綠色能源、以及引入低碳生產流程等減碳方法,不該只擇其一,而是要兼收並蓄,擁抱所有可行性方案。根據國際能源總署的推算,2018年至2050年間全球累計的減碳量,主要來自提升能源效率(37%)、轉用可再生能源(32%)、以及採用CCUS技術(14%)。由此可見,CCUS亦是達成永續發展的關鍵技術之一。

 

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