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廢物利用已不稀奇 CO₂廢氣再利用技術研發正夯

摄影：北美智权／唐铭伟

李淑莲╱北美智权报　编辑部

在21世纪20年代的今天，废物利用已经不稀奇。在环保风潮势不可当，节能减碳政策雷厉风行的情况下，垃圾分类、资源回收已成为人们的日常。然而，鲜有人知道废气也可被捕集、封存、再利用。其实，如果仔细观察我国的能源结构，即会发现在2023年的发电量中，再生能源占9.47%；在9.47%再生能源中，废弃物占1.20%、生质能0.08%。废弃物和生质能即是废气再利用的其中一种，明显可见占整体能源结构比例非常低，也显示发展潜力非常大；其中又以碳捕集与封存再利用（Carbon Capture and Storage，CCUS）技术最受关注。

据维基百科资料显示，就2020年数据而言，在不同温室气体排放组成中，二氧化碳（CO₂）占72%，绝大部分来自化石燃料使用时（发电、供热），以及交通运输时的排放。其中，具高经济价值的水泥工业产品（如水泥、混凝土）在生产过程需要消耗石灰石原料、煤炭和电力等资源并排放大量的CO₂，每生产1吨水泥即会释放900公斤的碳排量[1]，因此水泥工业属CO₂排放量较大的产业。面对全球的净零碳排政策已是刻不容缓的课题，也因此水泥工业的CO₂捕集封存与再利用技术的发展至关重要。

CCUS是指CO₂从工业排放源中捕集并分离后，通过载运输送至深部盐水层 (矿物高的承压地下水层) 等适合封存的地点，或投入新的再利用生产技术中，从而实现CO₂减排作业过程。

CO₂矿化封存技术对建材业的重要性

财团法人专利检索中心日前发布了《混凝土材料的CO₂矿化封存技术专利技术趋势报导》[2] (下称《报告》)，《报告》指出，CO₂ 再利用预估至 2030 年可达约70亿吨，包括建筑材料 (混凝土)、燃料、碳酸化水泥 (骨材)、化学品前驱或中间物质 (甲醇或其他有价产品)、聚合物 (溶剂) 等。其中又以建筑材料及燃料为大宗，对CO₂ 减量贡献良多[3]。此外，在许多产业制程中会产生许多含氧化钙及氧化镁等废弃物，这些废弃物能再利用做为水泥厂排放 CO₂之吸收剂，进行碳捕捉再制成混凝土用负碳再生颗粒，避免捕获之CO₂需要储存的问题，并能使用负碳再生颗粒成为负碳混凝土[4]。因此《报告》选定混凝土材料矿化封存技术为目标群体进行讨论。

《报告》指出我国在混凝土材料CO₂矿化封存技术的专利申请量不多，且主要专利权人为企业；然而，混凝土是建筑的基材，不仅各类重大的建设需要依靠它，一般生活日常更是与它息息相关，举凡房屋、桥梁、公路、堤防、水塔等都有其存在。然而，混凝土材料在生产过程中需要消耗石灰石原料、煤炭和电力等资源并排放大量的CO₂，属CO₂排放量较大的产业。

通过CCUS技术将CO₂再利用封存于混凝土，使其与早期水化成型的混凝土中之胶凝成分，和其他碱性钙、镁成分之间形成矿化反应，于混凝土内部孔隙和介面结构处形成碳酸盐产物，从而将CO₂固化于混凝土中，同时提高混凝土的强度和耐久性等性质。

专利检索条件

《报告》之趋势分析主要针对混凝土材料CO₂矿化封存技术进行专利检索、分析；检索区域锁定包含中国大陆（CN）、日本（JP）、台湾 (TW)、美国（US）、欧洲专利局（EPO）、世界智慧财产权组织（WIPO）、韩国 (KPO) ；检索时间以专利公开 (告) 日2013年1月1日起到2024年3月31日止，使用资料库为Derwent Innovation；所采用之相关关键字、分类号及检索策略等如表1所示。

表1. 混凝土材料的CO₂矿化封存技术检索策略；资料来源：113年专利技术趋势报导《混凝土材料的CO₂矿化封存技术专利技术趋势报导》，简铭萱，财团法人专利检索中心

检索结果判读分析

经专利判读筛选及整理分析，发现混凝土材料的CO₂矿化封存技术相关专利共420件，其中DWPI专利家族为404案。《报告》将专利资讯转换成有用的专利情报，并借由制作相关专利统计分析图表，如专利历年申请趋势、申请国家分析、主要专利权人分析等来做为技术发展的指标，以了解产业与研发动向；并解析出技术的脉络与变迁，找出专利权人的竞争优势与具潜力之技术，研发独特的技术产品，以了解竞争者的专利保护范围，避免误触他人专利地雷。

图1为2012至2024年期间于混凝土材料的CO₂矿化封存技术之专利申请概况，显示2012至2016年成长幅度缓慢、2017至2018年趋于稳定成长，2019年年底至2021年受COVID-19疫情影响，研发能量大幅衰退；然于2021至2022年，受中国大陆大力推动与扶持碳中和政策及CCUS技术影响，带动整体技术申请成长，其数量分别为37及66案，成长比例从0.06%增至0.78%。须注意的是，因自专利申请日后要经过18个月才会公开，因此2023年至2024年的申请数量会被低估。

图1. 历年专利申请趋势图；资料来源：113年专利技术趋势报导《混凝土材料的CO₂矿化封存技术专利技术趋势报导》，简铭萱，财团法人专利检索中心

申请国家分布在一定程度上反映了市场状况。从图2可见，混凝土材料的CO₂矿化封存技术专利申请主要集中在中国大陆(33%)和美国(22%)，其次是日本(15%)、欧洲(10%)。显示了中国大陆和美国在此技术领域的市场同样具有主导地位，也显示出其他国家在此领域的活跃参与；台湾的占比为4%。

图2. 申请国家分析图；资料来源：113年专利技术趋势报导《混凝土材料的CO₂矿化封存技术专利技术趋势报导》，简铭萱，财团法人专利检索中心

图3为前15大主要专利权人，其中美国、日本、加拿大的专利权人以企业为主，且在此领域占据显著地位，其中包括美国Solidia Technologies（24案，占比21%）、日本DENKI KAGAKU KOGYO(11案，占比10%)及日本KAJIMA CORP.(11案，占比10%) 等知名企业。韩国及中国大陆则以学研单位为主，包括KOREA INSTITUTE OF GEOSCIENCE AND MINERAL RESOURCES(10案，占比9%）、中国武汉理工大学(7案，占比6%) 、中国湖北工业大学(5案，占比4%)、浙江大学及湖南大学(同为4案，占比4%) 、中国北京工业大学(3案，占比3%)。

图3. 前15大主要专利权人分析图；资料来源：113年专利技术趋势报导《混凝土材料的CO₂矿化封存技术专利技术趋势报导》，简铭萱，财团法人专利检索中心

结论

《报告》指出，近6年的混凝土材料的CO₂矿化封存技术专利显著增加，唯于2019受COVID-19影响以致技术能量衰退。然而，在中国大陆政府于碳中和政策扶持下，大幅带动整体专利案件提升，且因应气候变迁的净零排碳议题；另一方面，各国政府与企业也将持续推动CCUS技术，未来CO₂矿化封存技术仍会成长，不容小觑。

反观我国混拟土材料之矿化封存技术专利申请量不多，主要专利权人为企业。专利检索中心建议在进行专利布局时应审慎检视竞争者的专利权利范围，以避免落入其地雷区；并进一步建议可由企业需求带动学研单位技术能量。同时也可以依循沙乌地阿拉伯Saudi Arabian Oil Company与韩国科学技术研究院（KAIST）的模式，合作成立专门的研发中心，提升我国技术能量，以完善专利布局策略。

参考资料：113年专利技术趋势报导《混凝土材料的CO₂矿化封存技术专利技术趋势报导》，简铭萱，财团法人专利检索中心

备注：

基于水泥基材料的CO₂ 矿化封存利用技术综述2022，Vo1˙36，No˙19 www.mater-rep.com

113年专利技术趋势报导《混凝土材料的CO₂矿化封存技术专利技术趋势报导》，简铭萱，财团法人专利检索中心

《化工》 66 卷 4 期 (2019/08) Pp. 97-104

营建知讯 476 期/2022/09 每月专题／水泥产业迈向净零减碳

半导体科技杂志(SST-Taiwan)总编辑

CompuTrade International总编辑

日本电波新闻 (Dempa Shinbun) 驻海外记者

日经亚洲电子杂志 (台湾版) 编辑

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