各國CCUS開發案場鋼材應用資訊

低碳專欄 點擊數: 32

撰稿人T41 余佳杭、郭寶謄

一、前言

　　全球邁向淨零排放的浪潮中，碳捕集、利用與封存（CCUS）技術已成為工業減碳的關鍵路徑。CO2長途輸送管線的選擇通常會根據壓力、溫度、管線長度、CO2純度等因素決定，鋼鐵業應掌握材料的發展趨勢以布局未來市場，研究顯示該領域正加速推動管線鋼材的高值化與專業化。產業實務顯示，CO2輸送管線主要採用符合API 5L標準的碳鋼，但為應對大規模、高壓、長距離輸送的經濟性與效率要求，鋼材等級正從傳統的X52、X60快速轉向X65、X70等級的高強度鋼。此轉型不僅攸關鋼鐵廠的技術研發方向，更是台灣鋼鐵產業佈局低碳基礎建設市場的關鍵戰略點。表一為全球主要CCUS專案管線材料之資訊，以下將分述CO2輸送管線鋼材之發展趨勢及鋼鐵業布局建議。

二、CO2輸送管線鋼材發展趨勢

  1. 高強度化：效率與成本的最佳平衡

　　目前CO2長途輸送管線最廣泛採用的材料是符合API 5L標準的碳鋼，其中X52與X60由於在強度、韌性與成本間取得良好平衡，是許多既有CCUS專案與增強採油（EOR）專案的標準選擇。然而，面對全球CCUS專案規模的擴大，以及單一管線輸送量日益增加的趨勢，採用更高強度管材的效益日益顯著。

  • X65與X70等級：允許較薄管壁的設計，可降低材料成本和管線總重量。加拿大亞伯達碳幹管線（ACTL）等大型高容量專案，即屬於此類高強度X65或X70等級碳鋼的典型應用。
  • 趨勢總結：為提高整體輸送效率並有效降低建造成本，X65與X70等級已成為新興CCUS專案的主流趨勢。
  1. 專業化：特殊環境與雜質的嚴苛挑戰

　　CO2輸送管線的最大技術挑戰在於腐蝕風險，特別是當CO2中含有微量水分(H2O)、硫化氫(H2S)或氮氧化物(NOx)等雜質時，會形成具高腐蝕性的物質。這要求材料選擇不僅考量強度，更需考量耐腐蝕性與韌性。

  • 極端環境與特殊材料：在腐蝕風險極高或特殊環境下，專案會捨棄傳統碳鋼。例如，挪威北極光（Northern Lights）專案由於海上環境的複雜性與對長期可靠性的高要求，採用「CO2管線級不鏽鋼」等耐腐蝕特殊材料。中國齊魯石化-勝利油田CCUS專案亦傾向採用高純度不鏽鋼或耐腐蝕特性管線材料。
  • 韌性要求：為防止在高壓或低溫條件下的脆性斷裂，業界特別關注鋼材的韌性，並可能選用專為含酸性氣體設計的API 5L PSL2等級管線。

三、技術發展與產業側重：高強度鋼的生產挑戰

　　高強度管線鋼的採用雖然帶來經濟效益，但也同時對鋼鐵製造商提出更高的技術要求：

  • 製造與焊接要求：X65和X70等級的鋼材，對製造流程和現場焊接技術要求較高，必須確保管線的結構完整性。
  • 純度控制：最基本的防護措施仍是嚴格控制CO2純度，要求CO2在進入管線前必須進行乾燥與純化。然而，當純化成本過高時，採用特殊鋼材或在碳鋼管內加上防腐蝕塗層或內襯，將成為兼顧技術與成本的解決方案。

表一、全球主要CCUS專案管線材料相關資訊

國家

CCUS專案

簡介

管線材料

挪威

北極光(Northern Lights)專案

全球首個跨國商業化CO2運輸與儲存服務專案，為歐洲工業客戶提供CO2永久地質儲存服務。從歐洲各地的工業源（如水泥廠、發電廠）接收液化CO2，然後透過管線將其注入北海海床下的地質構造中進行永久儲存。

該專案使用的管線材料，在公開資料中被描述為「CO2管線級不鏽鋼」，並且符合特定的認證標準。這顯示由於其海上環境的複雜性以及對長期可靠性的高要求，專案選擇了比一般碳鋼更具耐腐蝕性的特殊材料。

加拿大

亞伯達碳幹管線(Alberta Carbon Trunk Line, ACTL)

全球規模最大的CO2專用長途管線，收集來自加拿大亞伯達省工業區的 CO2，並將其運送至該省中部用於增強採油 (EOR)和永久地質儲存。

雖然具體的API等級在公開資料中較少提及，但這條管線的設計是為了高壓、大容量的CO2輸送。根據業界標準，此類大型長途管線通常會使用 API 5L X65或X70 等級的高強度碳鋼，以應對高壓條件並確保管線的經濟效益。

美國

佩特拉諾瓦(Petra Nova) 碳捕捉專案

佩特拉諾瓦是美國一個從燃煤發電廠捕獲 CO2的大型專案，捕獲的CO2被運輸至附近的油田進行EOR。

專案重點在於其碳捕捉技術，但其後續的CO2運輸管線，通常會使用API 5L標準的管線鋼，特別是在EOR應用中，X52和X60都是非常普遍且成熟的選擇。

澳洲

戈爾貢(Gorgon)液化天然氣專案

全球最大的地質儲存專案之一，從液化天然氣生產過程中分離出CO2，並將其壓縮後回注到地底深處進行永久儲存。

由於其規模巨大且需要處理高壓CO2，該專案使用的管線材料需具備極高的可靠性和安全性。雖然具體等級未公開，但其設計和材料選擇必然符合嚴格的國際規範，通常會採用高強度的API 5L等級鋼材。

中國

中國石化齊魯石化-勝利油田CCUS專案

中國首個百萬噸級CCUS專案，旨在從齊魯石化捕集 CO2，並將其透過管線運輸至勝利油田，用於提高原油採收率。

根據相關研究和設計經驗，管線材料設計考量CO2氣體在高壓下的運輸需求，通常會採用高純度的不鏽鋼或具有耐腐蝕特性的管線材料，以確保其長期穩定運作。

中國

吉林油田CCUS專案

亞洲最大的全產業鏈CCUS示範專案，從油田伴生天然氣中分離出CO2，再將其注入地下，用於驅油增產和永久儲存。

由於該專案具有CO2 運輸、注入和回注的完整流程，管線系統使用了針對全流程防腐蝕的技術，並搭配相應的防腐蝕材料，以應對不同純度和狀態的CO2混合物。

日本

苫小牧 (Tomakomai) 專案

北海道苫小牧是日本規模最大、最具里程碑意義的 CCUS示範專案，旨在驗證從工業來源捕捉的CO2，經壓縮後注入海底地層進行長期封存的可行性。

雖然官方資料沒有公開具體的鋼材牌號(如API X52等)，但因其包括陸上、海下管線，管線材料選擇極為嚴謹，必須確保高度的安全與防腐性。

四、結論

　　CCUS專案在選擇CO2運輸管線材料時，不僅限於強度，還會根據專案的具體條件，如是否在海上、CO2的純度、輸送壓力等，來選擇最合適的API 5L鋼材等級。其中API X52到X70都是常見的選擇，但隨著技術的進步和專案規模的擴大，傾向於使用X65和X70等級的趨勢越來越明顯，以實現更高的效率和更低的建造成本。

　　針對CO2輸送管線的趨勢，台灣鋼鐵業者應將戰略重點放在：

  1. 加速高強度管線鋼（X65/X70）的技術佈局：隨著全球CCUS專案增長，對X65、X70等級的高強度、高韌性管線鋼需求將持續上升。國內鋼廠應積極升級其產線與冶煉技術，以掌握這波高值化材料的市場機會。
  2. 深化耐腐蝕特殊鋼的研發：面對含雜質CO2或海上、潮濕環境的應用需求（如北極光專案），不鏽鋼（如TP316L）或具備優異耐酸性氣體的特殊合金，將是搶佔利基市場，提升產品附加價值的關鍵。
  3. 結合防腐蝕塗層技術：除了鋼材本身，與專業塗層廠商合作，提供具備防腐蝕內襯的碳鋼管產品，亦是為客戶提供完整解決方案，強化市場競爭力的有效途徑。

五、參考資料

  • Northern Lights
  • Carbon capture, utilization and storage – Development and innovation | Alberta.ca
  • Petra Nova - Wikipedia
  • carbon capture and storage | chevron australia — Australia.chevron.com
  • 齊魯石化-勝利油田:建設意義,_中文百科全書
  • 吉林油田做大做強CCUS項目 全力打造減碳新模式

苫小牧におけるCCUS大規模実証試験成果報告書 | 日本ＣＣＳ調査株式会社。