儘管德國為歐洲最大排放國，但已設定2045年實現碳中和的遠大願景，為實現氣候承諾，重工業需要迅速脫碳。然而，能源密集產業系統脫碳之路困難重重，歸因於製程中即便能源輸入為碳中和，排放也難以減少。而水泥、石灰、鋼鐵和化學品等四大產業，更占德國70% 以上的製程排放量。值得注意的是，鋼鐵和化學品產業的減排受益於製程技術優化（例如：氫氣），但水泥製程中熟料（calcination）的煅燒（calcination）消耗了大量的燃料能源，卻無法被其他工藝技術取代。由於水泥產業製程特性，能源使用與碳排放量居高不下，備受能源轉型研究和國際路徑的關注。

傳統路徑像是節能減排或是使用碳中和燃料（例如：生質能、再生電力、綠氫等），雖然技術成熟度相對高，但已不敷能源密集製程排放所利用，其脫碳過程需要CCUS技術的配合才得以實現。因此，CCUS是鋼鐵、水泥等難以減排產業實現近零排放為數不多的可行技術方案。CCUS價值鏈既複雜並充滿高度不確定性，就技術角度而言，按照技術準備度（Technology Readiness Level, TRL）之個別差異，會有不同形式的替代方案。從經濟層面來說，無論採用何種方案，使用CCUS技術都意味著額外的附加成本。此外，特別在歐洲，開發所需的基礎設施（例如：管線網路和地質儲存）尚缺乏公眾支持。

CCUS技術前景可期但也充滿挑戰，為了更深入剖析CCUS在水泥產業脫碳中的作用，該報告以德國聯邦北萊茵-威斯特法倫州（North Rhine-Westphalia, NRW）之案例研究為分析主軸，提供結合CCUS技術發展與水泥產業實務的最佳觀點。重點如下所述：

一、NRW水泥產業現況
該州自工業革命以來即是德國的產煤與工業重地，投入水泥生產（9.2 Mt）的總計有16家工廠，消耗整體生產過程所需總電力五成。每年總共排放5.3 Mt CO2，可分為製程排放（3.3 Mt CO2）和燃料相關排放（2 Mt CO2）。從類型和成分來看，市場上有三大水泥種類：波特蘭水泥（Portland cement）/CEM I、CEM II和CEM III。由於NRW鄰近他國（例如：比利時和荷蘭），國內產量（3.4 Mt）絕大部分都用於出口。其餘的用於為建築產業（即住宅、非住宅和基礎設施），例如：預拌混凝土（ready-mix concrete, RMC）、預鑄混凝土（precast concrete）等）。

二、NRW/德國現有效率措施
在過去30年中，德國的水泥生產商在替代燃料的使用有了顯著發展（1987 年替代率為4%，2018年則成長為67%），其中又以塑膠廢料和廢棄物衍生燃料（Refuse Derived Fuel, RDF）之替代燃料約占2/3，為歐盟之冠並高於世界平均水準（世界平均水準= 5-10%。歐盟平均水準= 41%）。在替代材料方面，德國已將其波特蘭水泥的市場占比從1993年的77%下修至2018年的28%。在生產技術方面，NRW和德國的大多數水泥廠已擁有節能設備，像是預熱器（preheater）和預鍛燒器（precalciner）。這些措施在過去30年間，已協助水泥產業之絕對與相對排放量減少了1/5以上。然而，在下個30年，要仰賴相同方法實現如此亮眼的減排率顯然已不可能。倘若沒有其他生產技術或黏結劑（binding material）的出現，就勢必需採納其他創新技術來實現碳中和，而CCUS技術的發展，有望解決當產業因技術選擇有限隨之產生的排放問題。

三、CCUS面臨的挑戰
CCUS供應鏈從煙氣（flue gas）中捕獲/分離CO2、CO2 淨化和壓縮、運輸，到CO2地質儲存或利用等階段，皆受到技術、經濟、區域、社會等多層面的影響。而NRW做為德國工業重鎮，該區CCUS相關案例研究已成為歐洲佈局CO2處理技術的重要基礎。這類分析對於CCUS技術發展，在假設與優先順序上各有見解，例如：要涵蓋所有排放源或僅考慮主要排放源、未來排放與儲存地點等。儘管百家爭鳴，但對於善用NRW鄰近荷蘭鹿特丹地利之便，連結NRW的碳源與荷蘭的地質碳匯，在兩地之間建立二氧化碳走廊（CO2 corridor）的重要性已具有普遍共識。

此外，就地理位置而言，NRW契機與挑戰並存。契機為該州有兩個顯著的產業聚落，其一是近魯爾區（Ruhr area）和萊茵河的鋼鐵和化工產業、以及集中在西北地區的水泥產業。工業中心規模的成熟對於建立公共基礎設施非常重要，因為透過規模經濟可顯著降低成本。熟料廠在該州東北部形成產業聚落，將有助於建立並深化共同的二氧化碳基礎設施。挑戰則體現於二氧化碳運輸，歸因於適合二氧化碳封存的礦物在NRW和德國並不可得，這意味著碳化設施必須位在排放源附近以利進口和運輸。熟料廠遠離魯爾區的主要工業中心，代表產業必須投資額外的基礎設施。且預鑄混凝土生產和回收商不能輕易改變位置，排放者必須將捕獲的二氧化碳運送到相關設施做處理。這些管路不僅從NRW州連接到鄰近國家（例如：荷蘭），還可能連接到其他聯邦州（federal states），將面臨立法體系和授權機構不同的窘境。因此，在法律上，在聯邦系統內欲實現具高效益的二氧化碳運輸系統，隱含引發各種挑戰甚至矛盾的隱憂。

四、以產業聚落促進跨鏈協作和預防壟斷
「碳捕集與封存」（Carbon Capture and Storage, CCS）供應鏈是交由相關利害關係人所運作的連續階段，包含捕獲、運輸、儲存組成。實務面上，要處理來自不同規格與排放者的大量二氧化碳，需要經過高度整合。二氧化碳基礎設施的設計應採用最佳參數來盡可能降低成本，因為任何突發的混亂都會劇烈衝擊整個供應鏈。例如：倘若運輸系統的任何轉運點發生問題，所捕獲的二氧化碳最終可能會進入大氣而非地質碳匯。因此，聚焦於深化與建立產業聚落有望為上述挑戰帶來解套。產業聚落不僅提供效率，在運輸成本方面，由於各家排放源皆相為鄰，可觸及多樣排放源，透過整合協調可提高流程的靈活性與強化安全運輸。NRW作為工業中心具有相對優勢，區域生產者有機會進行合作，實現協同效應（synergies）並將風險降至最低。

與供應鏈相關的另一議題為某些階段的壟斷性質，例如：運輸和儲存通常掌控於單一企業，歸因於投資成本高昂，不利於競爭對手進入市場。且大型老牌業者挟其規模，可提供更具成本優勢的服務，自由市場原則於此並不適用。因此，當政府身兼監管者與投資人，應未雨綢繆應對萬一市場失靈與公平永續營運等關鍵命題。

五、結論與展望
由於NRW產生了可觀的製程排放，CCUS將成為到2045年實現碳中和的必要條件。然而，CCUS供應鏈中存在諸多障礙。從技術經濟角度看，幾種CCS技術的TRL仍然較低，成本相對較高。因此，需要更多的研究和前導計畫。儘管過去有許多研究評估CCS將在2020年實現商業化，但時至今日這些技術仍處於前導計畫階段，且明顯落後於實現氣候目標的理想時程。建立CCS供應鏈意味著各環節需同時開發，直到逐步實現一個齊備與穩定的系統。

因此，就經濟層面，國家應該降低投資風險，參與必要的基礎設施建設。從法律角度而言，政府應從平衡的責任概念來建立法源，以確保業者採用最高環保規格，同時激勵投資人和保險公司將CCUS發展計畫納入其投資組合。此外，整合與協調CCUS價值鏈中各利害關係人也是當務之急。為了降低風險和成本，不同排放者之間的合作應具有強制性質（mandatory）。而運輸公司、管道和儲存業者的整合對於提升系統效率也不容小覷。在國際層面，由於NRW缺乏區域儲存和地質儲存中心的能力，國際合作能補強其先天匱乏，公眾參與與認可更是水到渠成的關鍵。