碳捕捉處理技術專利檢索與分析

T41王則堯

鋼鐵產業為全球最主要的碳排放行業之一,國際能源總署(IEA)建議鋼鐵業實踐大規模減碳需仰賴氫能煉鐵及碳捕捉、再利用與封存(CARBON CAPTURE UTILIZATION AND STORAGE,CCUS)。CCUS是國際間競相發展之淨零排放重點技術,IEA預期碳捕捉量將於2030年成長至16億噸、2050年進一步擴大至76億噸;其中95%的量作封存處置,5%的量為再利用。為掌握碳捕捉處理技術的發展現況與專利布局,T41本次共蒐集並分析808件相關專利。


由數量分析與技術歸類結果顯示,碳捕捉處理技術主要集中於吸收、吸附、電解與膜分離四大類,其中吸收與吸附技術合計超過總數的一半,故當前研究仍以捕碳技術為主。值得注意的是,吸收與吸附技術的申請人重疊度低、技術差異性大,申請人難以兩者兼顧;另自2023年起,申請重心逐漸轉向吸附技術,顯示全球捕碳技術的發展重點已由吸收轉變為吸附方向。


在專利技術與主要申請人方面,法商液態空氣著重在氣體分離效率,東芝聚焦在吸收、再生與熱能回收等製程及設備,奇異聚焦於二氧化碳捕集與煙氣處理技術,三菱重工則專精於吸收劑材料研究,而全球溫控營運有限責任公司集中在從大氣中移除二氧化碳的系統與方法。因此,前述公司可以做為相關技術發展之指標性企業。


在技術功效分析方面,節省能耗、節省成本、提高吸收/吸附能力等功效係多數專利布局主要標的,競爭相對激烈;而高質傳速率、提高二氧化碳純度、模組化系統設計、轉換為減碳產品等則為較少布局的區塊,可作為專利布局參考,提高可專利性。目前吸收、吸附、電解以及膜分離等四項類別專利,主要都以製程與設備為主要布局標的,較少聚焦於「以原料再輔以設備及製程」,故建議可考量以吸收劑或吸附劑原料為主,再輔以設備及製程之專利申請方式。


此外,綜合專利揭示的技術瓶頸,包括:吸附法使用的吸附劑造價成本高,以及高濕度氣體會降低吸附效率;吸收法則是有吸收劑逸散及只能處理CO2濃度較高的氣體;膜分離及電解製程則是目前仍未普遍;燃氣前處理則需額外的製程及能耗。因此,如何調和上述技術,使捕碳的效率及吸收能力提升,並節省能耗及成本,係未來發展的重點。

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