能源知識庫

重點摘述

化學迴路程序是一項兼具高能源效率及低成本捕獲二氧化碳之技術，由技術生命週期發展圖之分析結果顯示，目前化學迴路技術仍處於技術發展期，與學術論文之發展趨勢相符，因此近期研究方向應根據專利布局分析之成果，研提技術發展方向，為化學迴路技術商業化進行布局。

針對化學迴路技術之專利布局研析成果顯示，主要團隊布局方向可分為載氧體技術及反應系統設計等核心技術開發，以及化學迴路程序與其他領域結合之應用。程序整合專利以化工及環保相關領域之整合專利為專利申請方向，包括產氫、液體燃料燃燒、固體燃料氣化、廢棄物燃燒等，推測化學迴路在近期商業化應用將以化工及環保相關領域為應用方向；二氧化碳捕獲與封存則為長期研發目標。建議除持續研發載氧體技術及反應器設計等核心技術之外，應廣泛研究化學迴路之應用領域，及早針對具有商業化潛力之產業進行專利布局。

1.反應器設計

國際現有各種化學迴路反應器技術主要分為流體化床及移動床兩種系統，流體化床技術研究較為廣泛，成熟度較高，為目前化學迴路領域所採用之反應系統。然而，受限於固體燃料轉化率低、系統規模過大等問題，目前世界最大之模廠僅能達到1 MWt之規模，如何改良系統設計，以突破目前瓶頸為流體化床技術之研究發展方向。 移動床系統為美國俄亥俄州立大學(OSU)范良士院士之專利，具有提高鐵系載氧體之使用率、高燃料轉化率、產氫等優勢，其示範廠亦可達到最高5 MWt之規模，並可順利連續運轉，是目前世界上較為成功之反應器系統。工研院技術團隊長期與范良士院士進行技術合作，並建立1座30 kWt之試驗廠，在移動床系統方面已具有相當基礎。因此在反應器設計方面，工研院技術團隊主要將以移動床設計為專利布局方向，包括固體燃料進料裝置、載氧體循環裝置、載氧體流場分布設計及產氫反應器設計。目前國際上僅有OSU提出移動床系統相關專利，專利數量亦不多，仍具有專利佈局空間。

2.低價載氧體研發

載氧體配方及生產技術是化學迴路程序之核心技術，載氧體性質優劣將影響系統運作效能及操作成本，因此載氧體之性能與成本普遍被認為是化學迴路程序能否商業化之關鍵因素。專利布局研析結果顯示，近期以鐵系載氧體及其複合載氧體為主要專利申請方向。雖然鐵系載氧體反應速率較鎳系及銅系載氧體慢，但較不具生物危害、價格低及機械性質強等優勢，使鐵系載氧體成為主流發展方向。工研院技術團隊目前已掌握氧化鐵複合載氧體之製備技術，並具有良好效能，未來專利佈局將著重在降低生產成本、降低磨耗及提升反應性等方向上。目前國際上載氧體專利多以配方為主，但影響成本之生產技術及降低磨耗較為少見，仍具有專利布局空間。

3.化學迴路應用程序開發

化學迴路應用程序近年來逐漸受到重視，將化學迴路技術應用於其他領域，例如煤炭氣化、產氫、液體燃料燃燒、廢棄物處理等。移動床系統具有產氫之功效，因此可提供氫氣給予各種化工程序使用，例如費托合成、甲醇生產等。除此之外，利用部分氧化(partial oxidation)將煤炭氣化為合成氣，亦是化學迴路技術研發方向。在環保技術方面，燃燒或重組廢棄液體燃料，如重油、瀝青等，也有相關專利提出。綜觀上述化學迴路程序應用專利，化學迴路技術已逐漸朝向化工及環保相關產業應用方向前進，而非侷限於能源及二氧化碳捕獲之應用。建議應提出整合既有程序之專利，同時與業者合作開發系統整合技術，積極布局具市場發展潛力之領域。