Carbon Clean RPB捕碳設備導入評估報告

低碳專欄 點擊數: 7

 撰稿 T41整理提供

  • 前言

傳統碳捕捉系統因依賴重力傳質的化學吸收塔，面臨設備體積龐大、占地廣且建設成本高昂等痛點，嚴重限制老舊廠區的改造彈性。為此，英國Carbon Clean公司開發出創新技術CycloneCC，透過旋轉填料床（RPB）產生的超重力離心力，大幅加速質傳效率，實現設備微型化與全模組化。

本文目的在於探討CycloneCC技術的核心優勢，並深入分析該技術在印度塔塔鋼鐵及JSW等鋼廠的實際應用案例，評估其面對高爐煙氣複雜環境的適應力，並評估「分散捕捉、統一再生」新型機制的可行性，為重工業的脫碳路徑提供具體的技術實踐與策略參考。

  • CycloneCC旋轉填料床（RPB）技術

傳統的碳捕捉塔依賴重力讓溶劑向下流動，設備體積龐大，常高達數十公尺。英國Carbon Clean公司的CycloneCC是結合旋轉填料床（Rotating Packed Bed, RPB）與專利APBS-CDRMax溶劑的突破性技術，縮小設備尺寸並大幅減少占地面積。RPB內部包含旋轉的填料盤，能產生遠大於重力的離心力，藉此製造出更細小的液滴與溶劑薄膜，大幅增加表面積並加速質傳，有效提升CO2吸收率。

1.    設計優勢：

無柱式、全模組化的設計，成功取代傳統碳捕捉廠的吸收塔，使設備高度降低70%、用鋼量減少35%、總佔地面積減少達50%，最大設備尺寸更縮小10倍。此外，透過採用「樂高積木式、隨插即用」的預製滑車模組，能由卡車運送並在幾週內完成現場安裝，大幅削減運輸與整地費用，將設備總安裝成本降低達50%。

2.    溶劑效能：

搭配的高效能APBS-CDRMax溶劑表現優於業界標準，能降低10%至25%的能源需求，腐蝕率降低20倍，降解率降低10倍，且使用壽命是傳統溶劑的5倍。

3.    捕捉規模：

採用100%預製模組化設計，可根據客戶的脫碳策略逐步擴展。2021年最早的CycloneCC試驗機組每天僅能捕捉1噸的二氧化碳；而2025年推出針對中大型排放源的CycloneCC C1系列，每天可捕捉75至855噸二氧化碳。

4.    實際應用穩定性：

該技術目前已達到技術就緒指數7（TRL 7）。此外，系統還整合AI人工智慧技術，由操作員執行AI建議，進一步提升設備的可靠性與溶劑效能。

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                  圖一、CycloneCC™碳捕捉技術運作流程圖

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圖二、Carbon Clean無柱碳捕捉系列CycloneCC C１

  • CycloneCC技術在鋼廠的應用案例評估

為了解CycloneCC技術的可行性，從印度塔塔鋼鐵、JSW等明確公布引入CycloneCC技術的鋼廠案例下手，塔塔鋼鐵Jamshedpur廠專案始於2021年9月，是全球首個在實際高爐製程中成功落地運行的旋轉填料床（RPB）碳捕捉示範案例，成功證明RPB技術接入高爐氣的物理與化學原理可行性；JSW在2024年10月簽約的Vijayanagar廠專案，是全球最大規模鋼廠RPB落地可行性評估案，年捕捉量預計達10萬噸，後續需觀察規模放大後，機械與填料結構在鋼廠是否能長期穩定運行。

表一、塔塔鋼鐵與JSW碳捕捉案例比較

鋼廠

塔塔鋼鐵（Jamshedpur）

JSW（Vijayanagar）

案例說明

1.  全球首個高爐煙氣RPB落地示範案。

2.  直接接入營運中的高爐煙道氣，驗證超重力旋轉床在重工業現場的抗震、動平衡與耐受度。

1.  全球最大規模鋼廠RPB落地可行性評估案。

2.  針對整合型高爐鋼廠點源排放，評估大規模導入CycloneCC系統的落地性與商業化可行性。

合作單位

Carbon Clean、印度科學工業研究理事會（CSIR）。

必和必拓（BHP）、Carbon Clean。

啟用/評估時間

2021年9月正式啟用運轉。

2024年10月簽署聯合研究協議，2026年完成深度可行性評估。

設計規模

小規模工業示範級：每日5噸，年捕捉量約1,800噸。

商業化規模：年捕捉量10萬噸。

應用/評估成效

1.  大幅節省空間：設備高度縮減70%、佔地減少50%，成功塞入老舊廠區碎裂空地。

2.  創造循環經濟：提取高爐氣中約 90%的CO2回收利用；移除非燃性CO2後的「貧碳高爐氣」熱值顯著提升，回流鋼廠管網作為高效燃料。

3.  動態應變能力：驗證RPB可透過調整轉速，快速適應高爐氣流量與濃度的劇烈起伏。

1.  規模化評估：正在驗證最新C1系列RPB（放大20倍以上）在傳統高爐廠環境下的運作極限。

2.  供應鏈綜效：結合BHP的資源，共同評估高爐鋼廠透過模組化CCS達成範疇一實質減碳。後續規劃將捕捉的CO2液化後供當地銷售。
  • 其他CycloneCC商業運作案例

1.    肥料廠CycloneCC案例：阿布達比Fertiglobe氮肥廠專案

本案始於2024年，阿布達比Fertiglobe氮肥廠機組在不到一週的時間內即完成現場安裝，從重組爐煙囪每日捕捉10噸CO2，並用於尿素生產。設備已達成在6個月內連續運轉約4,000小時的里程碑，穩定產出符合高純度要求的CO2。

2.    肥料廠與鋼鐵廠運行條件差異

  • 肥料廠：煙氣中的CO2濃度通常較高（15%至25%以上），且氣體相對乾淨，雜質（如硫化物、氮氧化物、粉塵）極少，RPB在此環境下運轉非常穩定。
  • 鋼鐵廠：高爐氣、轉爐氣或熱風爐煙氣的CO2濃度變動大（部分製程僅5% 至10%），且含有高濃度的粉塵、焦油、微量重金屬與硫化物。這會加速APBS溶劑的劣化，並大幅增加RPB高速旋轉填料的堵塞與清洗頻率。相較肥料廠專案，建議在合約中要求供應商針對鋼廠煙氣設計高規格的前處理（降溫、除塵、脫硫）模組。
  • 「分散捕捉、統一再生」機制應用評估

1.    「分散捕捉」的極高可行性

CycloneCC C1採用100%預製、滑車安裝，如同「樂高積木」般的隨插即用模組化設計。該節省空間的設計非常適合目標在「多個煙氣排放源」部署碳捕捉設備的排放企業，在硬體與空間規劃上完美契合「分散捕捉」的需求。

2.    「統一再生」需再評估

目前無相關鋼廠應用先例，需要再進行額外評估，關鍵在於輸送管道及再生熱源集中部署：

(1)富液、貧液的輸送管道：鋼廠各點源距離遙遠，富液（含二氧化碳）與貧液（再生後）需要雙向管網傳輸，需評估黏度、泵浦能耗及管線保溫，避免富液在低溫下提早釋出氣體或結晶。

(2)再生熱源的集中化：建議將再生塔蓋在汽電共生廠或有大量低壓廢熱的區域，大幅降低再生能耗。

  • 結論

CycloneCC技術憑藉其高效的APBS專利溶劑與旋轉填料床（RPB）的超重力優勢，成功推翻傳統碳捕捉塔高聳龐大的限制，以降低70%高度與50%占地面積的無塔式設計，大幅優化空間與經濟效益。

雖然該技術已在阿布達比氮肥廠展現優異的商用穩定性，且在塔塔鋼鐵成功驗證了高爐氣現場運行的物理可行性與動態應變力，但面對鋼鐵廠煙氣低濃度、高粉塵及多雜質的嚴苛條件，未來規模化應用時，高規格的前處理模組與防堵清洗設計仍是不可或缺的關鍵。

此外，CycloneCC的「隨插即用」模組化特點在「分散捕捉」端展現極高的可行性，唯「統一再生」機制仍缺乏鋼廠先例，後續需針對富貧液管網輸送能耗與廠區廢熱集中部署進行深度評估。整體而言，CycloneCC為重工業減碳提供創新實用的解決方案，其商業化與規模化發展值得持續關注。

  • 參考連結
  1. Carbon Clean announces successful completion of world’s first industrial deployment of CycloneCC
  2. Revolutionising industrial carbon capture
  3. CycloneCC™ Modular Technology Meet the next generation of carbon capture
  4. Carbon Clean launches CycloneCC C1 series
  5. Carbon Clean introduces CycloneCC C1 series
  6. Carbon Clean launches columnless carbon capture series ‘CycloneCC C1’
  7. CTO Blog: Revolutionising carbon capture: What does it take?
  8. A rotating revolution
  9. Innovative carbon capture for the steel industry
  10. BHP, Carbon Clean, and JSW Steel sign agreement to explore Carbon Clean's CycloneCC technology
  11. MODEC and Carbon Clean enter MOU to Accelerate Development and Deployment of Offshore Carbon Capture Technology