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化學迴路程序(CLP, Chemical Looping Process)為一種新興燃燒技術，其固有的氣體分離效益，能夠使傳統化石燃料燃燒後所產出的氣體僅為水蒸氣與二氧化碳，省去了二氧化碳與其他氣體的分離程序，可大幅增進二氧化碳後續再利用或封存的價值。其利用金屬氧化物，又稱為載氧體，作為氧氣的載體，並藉由其於空氣中的氧化反應來分離氮氣與氧氣。

化學迴路空氣分離反應(CLAS, Chemical Looping Air Separation)為化學迴路程序的一種新興應用，其擷取了化學迴路程序中金屬氧化物中氧化的程序，並利用其於高溫低氧分壓環境下，自發性的釋放出氧氣達到產製氧氣的效益，產出的氧氣並具備高溫高純度的優勢，並可藉由上述優勢與如固態氧化物燃料電池(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)或整合型煤炭發電(IGCC, Integrated Gasification Combined Cycle)來達到最大經濟效益。

進一步比較化學迴路空氣分離技術與傳統氧氣分離技術差異，化學迴路供氣分離技術源於高壓高溫固定床體系統，因此所產製出的氧氣，具備出口壓力與溫度較高之特色。比起傳統需將氧氣加壓灌儲至高壓容器後再使用的方式，如冷凍空氣分離法(CAS, Cryogenic Air Separation)或變壓吸附法(PSA, Pressure Swing Adsorption)等方式，化學迴路空氣分離技術因需先降溫再加壓氧氣，因此所需造成較高能耗與成本，因此較為劣勢^[1,2]。

但若能利用其高溫高壓氣體特性，與富氧燃燒技術整合(Oxy-fuel Combustion)，作為其氧氣來源供給，則可大幅降低預熱氣體的能耗。根據澳洲紐卡斯爾大學(Newcastle University)團隊模擬計算結果，以CAS與CLAS作為燃燒之氧氣供應比較，CLAS其製氧能耗僅需CAS法的十分之一，約0.045 kWh/m^3[3,4]。

載氧體扮演著化學迴路空氣分離技術的核心，下表整理了適合作為載氧體的相關性質，選用首要考量到材料的氧化還原能力(即反應性)，以及其在各個價數間的穩定性。當金屬氧化物完全還原至金屬態時，其製氧能力最強。但載氧體之選用不能單純只其製氧能力，當載氧體經過多次價數轉換(結晶結構亦會變化)，其穩定性可能會下降。另外，當提高操作溫度與降低氧分壓時，雖然能夠加速載氧體的還原速率，但當操作溫度提高時，可能也會伴隨著載氧體顆粒間燒結情形。除此之外，當金屬氧化物完全還原成金屬態時，更須避免其達到或接近熔點溫度，造成載氧體顆粒完全熔融團聚，會嚴重降低其反應面積而導致性能衰退。

綜觀化學迴路空氣分離技術，除了單純作為製氧效益外，相對於其他商業方法，其所產出之氧氣溫度高，傳統如PSA或分子篩方式，產出之氧氣溫度普遍皆低於室溫，化學迴路製氧之氧氣可達至少200^oC以上。其利基在於可直接提供富氧燃燒，省去預熱與加壓氣體之能耗。此外，考量到高溫氧氣的應用，搭配固態氧化物燃料電池(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)也是一種新興應用，SOFC的操作溫度約在800^oC上下，高溫氧氣可省去預熱氣體的能耗，可直接通入陰極作為氧氣來源，氧氣透過電解質傳遞氧離子至陽極與燃料氣體反應產生電與水。

• International energy agency, New method of detecting singlet oxygen production, technical study, 2007.
• S. Farooq, D. M. Ruthven and H. A. Boniface, Numerical simulation of a pressure swing adsorption oxygen unit, Chemical Engineering Science, Vol. 44, pp. 2805-2816, 1989.
• J. Fan and L. Zhu, A Novel Technique based on Coal Gasification Integrated with Chemical Looping Air Separation, Journal of Fundamentals of Renewable Energy and Applications, Vol.5, 2015.
• C. Zhou, K. Shah and B. Moghtader, Techno-Economic Assessment of Integrated Chemical Looping Air Separation for Oxy-Fuel Combustion: An Australian Case Study, Energy Fuels, Vol. 29, pp. 2074-2088, 2015.