生质能技术-再生能源

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再生能源——生质能技术 生质能技术 再生能源 生质能暨生质燃料技术 生质能（biomass energy 或 bio-energy），系指利用生质物（biomass），经转换所获得之可用能源，如电与热。根据国际能源总署 （International Energy Agency）的统计资料（IEA,2003）显示，目前生质能为全球第四大能源，仅次于石油、煤及天然气，供应了全球约 11%的初级能源需求，同时也是目前最广泛使用的一种再生能源，约占世界所有再生能源应用的 80%。截至 2001 年止，生质能供应约占世界所 有再生能源利用的 80%，依地区而分，其中亚洲（不含中国大陆）占 34.2%，非洲占 23.9%，中国大陆占 20.5%，经济合作发展组织（OECD）会 员国（含欧美澳日等 30 国）则占 13%（IEA,2003）。估计至 2050 年时，生质能将提供全世界将近 38%的燃料需求及 17%的电力供给，约为 206EJ （Hall,1997）。 。 依据行政院「再生能源发展条例(草案)」（2002），我国生质能定义为「国内农林植物、沼气、一般废弃物与一般事业废弃物等直接利用 或经处理所产生之能源」，因此生质物可泛指由生物产生的有机物质，例如木材与林业废弃物如木屑等；农作物与农业废弃物如黄豆、玉米、 稻壳、蔗渣等；畜牧业废弃物如动物尸体、废水处理所产生的沼气；都市垃圾与垃圾掩埋场与下水道污泥处理厂所产生的沼气；工业有机废弃 物如有机污泥、废塑橡胶、废纸、黑液等。 由于广义的生质物的种类非常多，因此依据各种生质物的物理与化学性质、密集度、经济性的不同，在技术的分类上可依料源制备、转换 与应用方式作区分如下： 1.料源技术：泛指料源的制备技术，如固态衍生燃料技术、富油脂藻类养殖/采收技术及陆生能源作物耕收技术等。 2.转换技术： (1)生物/化学转换（bio-/chemical conversion）：如经发酵（fermentation）、酯化（esterification）等程序产生酒精汽油（gasohol）、 沼气（biogas）或生质柴油；或利用生物菌种等方法产生氢气、甲醇等燃料。 (2)热转换（thermal conversion）：如以气化（gasification）、裂解（pyrolysis）方式产生合成燃气（syngas）或燃油等。 3.应用技术：如生质燃料用于车/船用引擎、发电内燃机、锅炉、燃料电池等，或进行合成燃料精炼技术，以生产精密化学品等。 一、国内外技术发展现况 (一)固态衍生燃料技术 固态废弃物衍生燃料（RDF-5）系将生质物／废弃物经破碎、分选、干燥、混合添加剂及成型等过程而制成锭型燃料，其主要特性为大小、 热值均匀（约为煤的三分之二）、易于运输及储

存，在常温下可储存六至十二个月而不会腐化，因此十分便于利用，可将其直接应用于机械床 式锅炉，流体化床锅炉及发电锅炉等作为主要燃料或与煤炭混烧，目前已成为全球生质能技术的主要发展趋势之一。 目前国外发展以日本最为发达， 已有十年以上之时间， 主要以处理都市废弃物为主， 1988 年第一座 RDF-5 厂落成后， 自 每年皆有新的 RDF-5 厂完工运转，截至 2002 年底，已有 53 座 RDF-5 厂在运转中，预计在 2005 年将达 62 座，以处理都市废弃物为主，至于各厂之处理能力，由每 日 5t 至 300t 不等，以处理量每日 11t 至 30t 所占之比例最高，其所产出之 RDF-5 可供作为水泥窑燃料，燃煤电厂辅助燃料，生产蒸汽或热水 事业之燃料，集中发电利用等。 RDF-5 技术的发展，在欧洲也获相当之重视。目前欧联各国由都市垃圾所产生的 RDF-5 总量，至 2001 年时已达 3,000kt(Gendebienetal,2003)，其中奥地利、芬兰、德国、意大利、荷兰及瑞典等国之 RDF-5 生产系统已建置完成；比利时及英国则处于发展 中； 丹麦及法国在过去曾生产 RDF-5， 但因经济因素而中断。 欧洲现行或未来对由都市垃圾所制成 RDF-5 的主要应用方式包括用于现场 （on-site） 或远距（remote）的热利用设备（如固定床或流体化床之燃烧、气化及裂解）、用于燃煤锅炉、水泥旋窑中之混烧（co-firing），以及与燃煤 或生质物混合气化（co-gasification）。 我国则自 1999 年起开始研发 RDF-5 技术，在 2001 年建立了先导型实验工厂，并藉以完成多项废弃物制成 RDF-5 可行性试验。 (二)富油脂藻类养殖/采收技术 油脂性微生物系指能够在微生物细胞内，蓄积油脂质超过 20%(w/w)生质体的微生物（Ratledge,1989）。应用微细藻体中油脂作为液态燃 料的研究则首推美国能源部的燃料发展计画室自 1978 年至 1996 年间长期资助由藻类衍生可再生性运输燃料的计划，即水生物种计划(Aquatic Species Program, ASP)，主要在进行含高脂质藻类经大量培养后再转制成生质柴油的研究，并探讨利用藻类固定火力发电厂排放的废二氧化碳 气体之效率。 在将近二十年的研究计划中， 发展许多操控藻类成长的因素及其生长系统工程技术， 可做为未来发展的参考(Sheehanetal.,1998)。 根据水产试验所生物饵藻的研究成果显示，不同的藻种所含的脂肪酸也大有不同，其中东港株等鞭金藻，含有丰富的多元不饱和脂肪酸族 之 22 碳 6 烯酸(4,7,10,13,16,19-docosahexaenoicacid,DHA)；而骨藻，俗称硅藻，则含有大量的 20 碳 5 烯酸 (5,8,11,14,17-eicosapentaenoicacid,EPA)(苏素美，1999)。我国是一个海岛国家，地处亚热带，西部沿海地区气候适于藻类的养殖，除了再 生燃料的取

得外，附加固定废二氧化碳或处理废水，值得加以研究开发，在系统开发时，可先将高附加价值物质，如 DHA、EPA 不饱和脂肪酸分 离出来，再将其余的油脂质作为生质柴油的原料，提高整体经济效益，促进产商投资意愿。
(三)陆生能源作物(油酯类/醣类/淀粉类)耕收技术 能源作物并无明确之定义，一般而言系指能快速生长、易于栽培与采收、高单位面积产量、且容易转化为发电燃料与运输用燃料之植物。 农作物中所含的许多成分都可以开发成为生物能源，其中用量最多、用途最广的有油脂、糖、淀粉、蛋白质、纤维等。目前国际间以农产品做 为可再生原料方面，最突出的领域当属能源作物（或称为生质作物），其范围广、数量大、效益显著。全世界对于种植能源作物作为能源燃料 的发展，已有相当长的时间，主要的能源作物包括下列三大类，即淀粉及糖类作物、油脂作物与生产类似石油脂碳氢化合物植物。 淀粉及糖类作物之生质可转换成酒精，发展最有名的国家如巴西及美国；油脂作物之油脂可用化学方法处理，制成生质柴油，如欧洲国家 以油菜籽油、美国以黄豆油及马来西亚以棕榈油制造生质柴油；此外，生产类似石油脂碳氢化合物植物，可由其枝叶提炼出类似石油之碳氢化 合物汁液。 (四)木质纤维素衍生酒精燃料技术 为了降低温室气体排放，酒精被视为有潜力取代汽油的运输燃料，为求商业化，生产成本必须降低俾能和化石燃料竞争。利用含糖和淀粉 的原料(例如甘蔗和玉米)，原料成本约占酒精生产成本的 40-70%(Claassenetal.,2002)；木质纤维素(lignocellulose)是地球上数量最多最丰 富的生质物，若能将酒精酦酵技术扩展到利用木质纤维素做为原料，将能降低酒精生产成本和增加燃料酒精的使用。利用纤维素生产酒精主要 可分为成四个阶段，包括前处理(pretrementment)，即将纤维素和半纤维素从与木质素结合的复合物中释放，使其容易进行下一步骤的化学或 生物处理；第二阶段系将纤维素和半纤维素降解(degeneration)或水解(hydrolysis)以获得各类单糖(freesugars)；第三阶段则是将六碳糖和 五碳糖的混合物酦酵产生酒精；最后为产品的回收与蒸馏。 加拿大 IogenCo.投入四千万美元以 25 年时间研究酵素法分解纤维素，目前已具有商业化规模(徐敬衡，2005)。澳大利亚研究使用甘蔗、 小麦及玉米等作物生产，或由木材加工副产品等原料酿制酒精，预期可酿制酒精约 4,400 万加仑。我国对木质纤维素衍生酒精燃料技术则尚待 开发。 (五)厌氧酦酵／光合作用产氢技术 生物产氢法使用的微生物包括藻类和光合细菌在内的光合微生物，以及兼性厌氧和绝

对厌氧的酦酵产氢细菌。目前生物法产氢技术主要分 为三类，包括暗酦酵法、光酦酵法与光合作用法(Dasand Veziroglu,2001)。光合作用产氢是以藻类或蓝绿藻藉由光能进行之生物光解作用而产 生氢气，因此不具有降解环境中有机物的功能。光酦酵与暗酦酵则是以有机物为电子提供者，经由酦酵作用将有机质分解，伴随产生的部份电 子则藉由特定之电子传递系统与产氢酵素，将电子传递给水体中的质子(H+)而产生氢气。光合作用产氢之效率较差，且需要较大的操作面积， 故不适用于地狭人稠的地区；酦酵产氢法可分解污染物同时产生氢气，因此较适合发展。暗酦酵产氢比光合作用和光酦酵产氢之代谢速率快， 操作条件要求也较低；光合产氢研究虽多并已取得一定成果，但暗酦酵产氢是生物法中最具潜能技术者。 美国产氢计划源自于 1990 年所通过的 Mastsunaga Hydrogen Research, Development and Demonstration Act，1996 年美国国会通过 Hydrogen Future Act (HFA)，逐年提供 1~4,000 万美元给美国能源部专供氢能源开发的相关研究，而下一个五年度的 HFA 延长计划，申请经费 更逐年扩增到 4~6,000 万美元(郑幸雄等，2001)。美国能源部部长并于 2004 年 4 月宣布，联邦政府将提供 35,000 万美元计划赠款，加上民间 基金款项 22,000 万美元，将在五年内由加州州政府推动建造一条氢气高速公路，并辟建氢气加气站。日本国际贸易与工业部于 1990 年提供约 30 亿新台币的经费，进行光合菌产氢、产氢酵素及厌氧酦酵产氢等研究(郑幸雄等，2001)。目前欧盟第六架构计划中，亦有将近一亿欧元的经 费支持 16 个氢能源利用及燃料电池的相关研究计划。中国自 1990 年开始，由国家自然科学基金支持进行生物产氢技术研究，其成果被评选为 中国大陆 2000 年十大科技进展新闻。综观上述，足见国际上已大力推动氢气能源的研究与发展。 (六)生质柴油制造技术 依我国石油管理法规定，生质柴油（bio-diesel）系指以动植物油或废食用油脂，经转化技术后所产生之酯类，直接使用或混合市售柴油 使用作为燃料者。100%纯生质柴油称之为 B100，20vol%生质柴油混合 80vol%市售柴油的燃料称之为 B20，其制作的方式主要有四种，分别为直 接混合使用（direstuse and blending）、微细乳化（microemulsions）、热分解（thermal cracking）和转酯化反应（transesterification）， 目前一般所使用的生产方式为利用转酯化反应。 转酯化反应为醇与三酸甘油酯(triglycerides)间之化学反应，其原理为利用加入的醇类，将植物油中的成分(三酸甘油酯)中的醇类取代， 故与酯类的水解反应相似，仅是醇类取代了水。转酯化反应依使用触媒种类可区

分为化学触媒(chemical catalyst)与生物触媒(biocatalyst) 两种。利用化学触媒生产生质柴油有流程复杂、需有醇类回收装置、酯化产物难回收、所产生之废碱液排放、耗能较高等问题，因此近年来逐 渐发展以生物触媒催化转酯化方法制造生质柴油之技术。生物触媒使用方式与利用化学触媒相似，唯利用微生物分泌之脂解酵素(lipase)为生 物触媒，生成酯类。此法于反应完成后利用溶解度不同或密度不同进行分离，经过分离处理之生质柴油之黏度与柴油接近，且其分子结构与十 六烷值与化石柴油相似，因此可成为质量优良的柴油替代品，然而此法之缺点为转化率较低，触媒容易受短链醇类毒害而失活。 目前全世界生质柴油产量超过 150 万吨，欧洲占 80%以上，德国是生质柴油发展最成功的国家，产能超过 110 万吨/年；美国是欧洲以外的 主要发展国家。现阶段商业化的生质柴油制程系以化学触媒的碱制程为主，在料源方面，欧洲主要以菜籽油为主，美国为大豆油，日本则以废
食用油为原料，目前已有详细的引擎测试分析、环境生态影响及油品保存运输研究，且欧美各国已有生质柴油加油站。能环所进行生质柴油制 造生产与应用的相关研究计划，经公开征选程序遴选出位于嘉义之新日化公司合作兴建示范厂，并在 2004 年建立国内第一座 3,000 吨/年以上 之生质柴油生产示范厂 (七)厌氧发酵产制甲烷技术 利用厌氧微生物分解有机物以产生甲烷（即沼气）已是习知的观念，早在二次世界大战期间就已有利用甲烷作为汽车燃料的实例。厌氧酦 酵产制甲烷之反应可分为三个阶段，并由三大类细菌负责完成代谢途径，包括水解菌、酸生成菌以及甲烷菌。第一阶段由水解菌利用胞外酵素 将复杂有机物分解成醣类、胺基酸等物质，并于第二阶段将上一阶段的产物经由酸生成菌作用后，转变成各种分子较小且构造简单的物质，如 挥发酸、酮类和醛类等物质。第三阶段为甲烷生成阶段。在此阶段中，甲烷生成菌将第二阶段的产物转化成甲烷及二氧化碳。 全世界每年从生质物经未控制的甲烷酦酵而进入大气的甲烷量约为 250×109kg，能量值为 1.42×1018J/yr(劭信，1997)，该能量若以生质 燃料方式回收，则可取代部分的石油。大气中甲烷主要是由自然和人为程序所产生，各占 30%与 70%。美国于 1984 建立第一座生物能源示范厂， 每天须处理 1000 吨干重生质物，产生 1013J 的能量，此系统产生每 GJ 的甲烷费用为 6.7 美元。美国已有 400 座之都市废水处理设备采用厌氧 酦酵进行处理并回收甲烷(Spiegeletal.,1999)，欧洲于 1994 年时已设有处理工业废水的厌氧设备 330 座(Lealetal.,1998)。

我国甲烷来源系以各生质及废弃物为主，种类包括畜牧废水(猪只粪尿)、家庭污水(污水处理厂)、垃圾掩埋场及各行业废水(物)。上述甲 烷生产属小型规模无法变成管线气，利用方式只局限于直接燃烧与产生电力，例如中小型养猪场用于保温灯或者某些纺织厂之当作锅炉辅助燃 料。农委会及农林厅曾辅导开发各种甲烷气之利用。 (八)生物燃料电池 生物燃料电池（bio-fuelcell）是一种利用生物触媒将化学能转化成电能的装置，其主要优点包括可由再生资源生产洁净的能源；电力来 源系统小而轻；不需要贵重金属触媒成本，可能比传统燃料电池便宜；可不需分离膜分隔阴极和阳极，设计可较简单；生物燃料电池的燃料较 安全且容易取得(Katzetal.,2003)。 目前全球在生物燃料电池的发展仍属于实验室阶段，但在 2003 年，AkerminInc.成立，其主要目标是欲将 St.Louis 大学所发展的生物燃料 电池技术商业化，以酒精为燃料，并希望不久的将来其效率能与直接甲醇燃料电池相当，同时也希望价格能更低(Heydorn,2004)。利用微生物 当生物触媒主要缺点在于其电子传递效率低，目前主要利用添加电子介质以提高其电子传递效率，Chaudhury and Lovely(2003)发现一种微生 物，其在铁离子(III)的存在下可以代谢葡萄糖并直接将电子转移到电极，其对葡萄糖所含电子的传递到电极的效率高达 83%，但是其电流密度 仅达 0.003mA/cm 。我国现阶段则与美国加州柏克莱大学进行相关之开发研究，并将生物燃料电池列为发展目标之一。 (九)裂解技术（pyrolysis） 裂解技术系指由生质物／废弃物所衍生制成的液态燃料，其可由固态衍生燃料或废弃物直接经无氧热裂解（thermal pyrolysis）等进一步 制造程序产生，其程序又称之为液化（liquefaction）。若经适当的纯化过程，其热值可有效的提升，增加其利用的便利性。新近发展的快速 裂解（fast pyrolysis）技术则系在高温、缺氧状态下，快速加热废弃物，并快速冷凝其所产生的气体，以获得合成燃油，且其产品非仅限于 能源产品，如可生产高附加价值的特用化学品。快速裂解的主要操作温度略高于传统裂解方法，约在 450 C 至 600 C 之间，停滞时间则小于一 秒，由于快速升温、迅速冷却，避免二次裂解（cracking），因此可获取最大液体产量，约达 75%左右，另伴随约 15%的产气及约 10%的焦碳； 而「最大液体产量」即可作为快速裂解的定义（Bridgwater,1999）。 目前国外已发展之快速裂解反应器有气泡式流体化床、 循环式流体化床、 快速输送床 （transported bed） 及旋转锥体反应器 （rotating cone reactor）等多种。由于快速裂解需要较高的热传效率，故流体化

床为一不错的选择，且流体化床也易于操作及制程放大。目前气泡式流体化床 反应器已被广为选用进行开发，例如 Union Fenosa 于西班牙建造之 200kg/hr 先导设备、Dynamotive 以 RTI 之设计于加拿大建造之 50kg/hr 的 设备，以及 Wellman 于英国建造之 200kg/hr 设备，均采用流体化床设计（Bridgwater,2003）。目前废弃物裂解生产合成燃油的技术虽未完全 商业化，但未来的发展将会以快速裂解技术为主。 国内在废弃物裂解利用技术开发方面，已有数家厂商以废塑料与废轮胎为进料，制造衍生燃油；而能环所则已成功开发出废保丽龙液化系 统， 目前已完成处理量 100kg/hr 与 300kg/hr 两套原型机组， 并获多项专利， 也分别移转给其它业者， 目前亦采用快速裂解技术， 完成 200kg/hr 废塑料液化处理示范系统，正进行测试中。液化技术产制之衍生燃油具高热值且运储方便，可作为锅炉之辅助燃料或直接使用于发电机，符合 废料自行处理与清洁生产之环保与经济效益。 (十)气化技术（gasification） 气化技术系指由生质物／废弃物所衍生制成的气态燃料，一般以气化（gasification）程序为其利用之技术。气化程序属热化学转换反应， 系在高温下进行非催化性的部分氧化反应，将含碳物质（如生质物／废弃物或煤炭等）转换成以气态燃料为主，可供利用的能源。经气化反应 所产生之可燃气体主要包括一氧化碳、氢气、甲烷等，可直接作为锅炉与发电机组之燃料，供应所需之蒸汽及电力（吴耿东、李宏台，2001）； 另亦有部分燃料油、焦碳、焦油、灰份等产物，可供作其它用途，如特用化学品等；此外，气化所生产的燃气，亦可转化为甲醇，配合燃料电
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池之使用。 目前全球最积极发展生质物／废弃物气化技术的地区是欧洲，其它世界各国均在密切注意欧洲在气化技术的发展情形，除因欧洲一向在环 保方面具有良好的声誉外，欧洲现已成为全球生质物／废弃物气化技术最大的市场。根据预测，在 1999 至 2008 年间，欧洲生质物／废弃物气 化系统数量将占全球 42%之多，其它地区分别是日本 18%，北美 17%，东南亚 10%，拉丁美洲 5%（Heermannetal.,2000）。现阶段全球生质物与 废弃物气化系统发展正由示范阶段跨入完全商转阶段，Bioneer、PRMEnergy、FosterWheeler、Lurgi Umwelt 为主要生产商用气化炉之制造商。 现阶段全球以气化混烧发电为主要发展目标之一，较受瞩目的示范厂共有四座，包括澳地利 Zeltweg、芬兰 Lahti、荷兰 Amer、及美国 Vermont； 以生质物为料源之 IGCC 厂计 6 座，规模均在 10MW 以下，另小型固定床气化系统有 13 座（Kwant and Knoef,2002）。 国内在废弃物气化利用技术

发展上，能环所过去数年进行稻壳气化回收热能之研究，成功开发一 10kWe 下吸式稻壳气化反应炉，以及一 900kWth 先导型循环式流体化床气化炉，同时亦开发完成一 300kWth 农业气化利用示范系统，目前正进行各项测试工作，将有助于开发本土生 质物气化发电系统。 二、国内外发展竞争力分析(SWOT) 国内外发展竞争力分析(SWOT) 上述各项技术之 SWOT 分析兹综合整理如表 3-1-4-1 所示。 表 3-1-4-1 生质能技术 SWOT 分析 技术 优势(Strength) ?技术已臻成熟，国内亦已 固态衍 生燃料 技术 建立示范系统 ?建造成本较国外低廉 3.产品易于储存运输与使 用 富油脂 藻类养 殖/采收 技术 陆生能 源作物 耕收技 术 木质纤 维素衍 生酒精 燃料技 术 1.能源工业中氢气是极好的传热载 1.无污染 厌氧发 2.于常温常压下操作并不 体 2.氢能可利用形式众多 1.技术仍在研发阶段，未 3.物料来源丰富 进入实用化阶段，尚未有 4.因应燃料电池动力的普及，氢能市 任何实厂化案例 场将有极大幅度的扩张 5.已有学术单位投入生物产氢的基 础研究，九年以上的深厚基础，在基 础技术开发上，不逊于各先进国家 生质柴 油技术 1.可直接替代传统柴油或 ?生质柴油与传统柴油的 ?农政单位整体检讨农地休耕补贴措 ?在有限的农地资源下，油脂作物及酒精作 混合传统柴油使用 价差偏高 施及提升农地利用效能 物存在着排挤效应 1.日本、欧盟、美国等国家皆已投入大量经 费进行全面整合性之研究 2.各先进国家多已进入技术实用化开发阶 段，开始进行大规模户外生物产氢程序示 范。受限于学术界研发规模有限，在生物产 氢实用化上是较为落后的 1.料源较多 2.价格较低 1.将木质纤维素取出糖 1.可与加拿大进行合作研发相关技 类进行乙醇酦酵仍有技 术 术上之困难 2.目前利用率低，值得开发 ?相关产业并无明确的奖励措施与法令 ?土地有限，物料比国外贵 1.现有种植技术即可应用 2.可结合观光事业 ?微细藻生长快速 ?可立体化培养，单位面积 1.国内相关研究较少 产量大 ?油脂含量高 ?气候条件适当 1.国内相关研究较少 2.需建立跨部会之协调 机制 1.休耕农地可转种能源作物，增加农 民收入 2.生质柴油等利用能源作物之需求 增加 ?受 WTO 农业补贴政策限制 2.相关法令未完备 2.藻类培养环境不易控 制 1.高单价附加产品回收 2.生质柴油需求量增加 1.油品质量与产量较难控制 2.研发成本较高 弱势(Weakness) ?生产/利用体系尚未成 熟 ?大型垃圾焚化厂停建 机会(Opportunity) 威胁(Threat) ?垃圾逐年减量，料源供应不足 ?环评作业耗费时间 ?民众抗争 ?相关管理法令均尚未臻完备
废弃物性质与种类复杂 ?传统燃料价

格上涨 ?污染防治设备投资高
酵/光合 需提供额外能源， 可消化废 作用产 氢技术 弃物减少环境污染 3.氢气热值相当高 4.技术居于国际领先地位
2.具有润滑效用， 降低引擎 ?柴油车辆为相对少数， ?柴油自用小客车已陆续开放进口， ?国内废食用油流向管制尚未建立，不利于
金属之磨损
且多为商用及公务用途，柴油引擎技术亦已兼顾环保考虑大 幅提升
未来料源的扩展 ?在现行法令规范下，生质柴油尚未能直接
3.具环境友善性及污染排 油价波动影响较大 放低
地区地狭人稠，能源作 ?符合绿色产品规格，纳入绿色采购 透过加油站业者销售 范畴，扩大公务系统应用
4.生质柴油产制技术已臻 物种植成本偏高 成熟， 国内亦已建立示范系 统 厌氧酦 酵产制 甲烷技 术 生物燃 料电池 技术 ?1.已具有成熟的经验技术 ?1.规模小，无法建立管 ?2.使用甲烷燃料相对于石 线气
1.料源丰富，各种生质物及废弃物皆
1.国外已有商业化发电厂 2.相关产业并无明确的奖励措施与法令
化燃料可以降低空气污染 ?2.利用方式只局限于直 可利用 且较低之二氧化碳产生量 接燃烧与产生电力 1.可使用之燃料范围广 2.反应温度较低 ? 国内已建立示范系统 产品易于储存运输与使 1.电流密度低 2.生物触媒寿命较短 3.尚在研发阶段 1.多以分选过种类较单 纯的生质物或废弃物为 1.国内废塑料处理仍待解决 料源 2.国内研发仍需加强 2.电子类废弃物处理已成问题 1.3C 电池需求量高 2.燃料安全性高且取得方便
1.能量密度不及直接式甲醇/乙醇燃料电池 2.各种电池技术较成熟及价格低
裂解技 术
用
1.废弃物中原含有的重金属与硫、 氯等成分 会部分留在产品油内，而限制用途
系统容量不需太大即具经 济性 ?国内已建立示范系统 ?可处理种类、性质复杂的
气化技 术
废弃物
应用规模不若国外大
1.适合已具粉煤或燃油锅炉者进行 废弃物气化混烧，以解决厂区废弃物 问题
市场及规模无法吸引国外大厂投资以吸取 国外经验 ?投资成本较高，国内法令尚未完备
所需空气量较直接燃烧时 ?技术层次高，操作训练 少，除尘设备投资低 ?剩余氧量很少，可避免戴 奥辛前驱物氯酚之产生 养成较不易
三、国内外技术发展指标比较 有关上述各生质能技术在国内外的技术发展指标之比较整理列于表 3-1-4-2 中。 表 3-1-4-2 生质能技术国内外的技术发展指标之比较 技 术 项 目 固 态 衍 生 燃 料 技 术 1.日本之发展 RDF-5 技术已有十年以上之时间， 截至 2004 年底， 已超过 60 座 RDF-5 厂在 1.与日本 RDF-5 厂比较， 国内技术在相同设置

容量 运转中，预计在 2005 年将达 62 座，以处理都市废弃物为主。至于各厂之处理能力，由每 及处理流程下，本技术设置及操作成本可降低 1/3 日 5 吨至 300 吨不等，以处理量每日 11 吨至 30 吨所占之比例最高。 2.欧盟各国由都市垃圾所产生的 RDF-5 总量，据估计 2001 年时已达三百万吨。 以上。 2.在能源局之支持下， 完成我国第一座 RDF-5 示范 国外技术发展指标 国内技术发展指标
3.荷兰已有 ROFIRER 商标之 RDF-5 产品，系由 Kappa Roermond Paper Mill 所产制，其料 厂之兴建（1,000kg/hr 处理量），并将 RDF-5 技 源来自纸厂废弃物，热值达 5,670kcal/kg。 术移转给民间业者。 3.与业界合作完成实厂混烧测试， 在商转之大型流 体化床汽电锅炉进行 RDF-5 与燃煤混烧， 可符合环 保标准，且锅炉操作稳定，产汽量与炉温变化小。
富 1.美国能源部的燃料发展计画室自 1978 年至 1996 年间长期资助由藻类衍生可再生性运输 1.东港水产试验所生物饵藻的研究显示， 不同的藻 油 燃料的计划， 主要在进行含高脂质藻类经大量培养后再转制成生质柴油的研究， 并探讨利 种所含的脂肪酸也大有不同，其中东港株等鞭金 脂 用藻类固定火力发电厂排放的废二氧化碳气体之效率。 在将近二十年的研究计划中， 发展 藻，含有丰富的多元不饱和脂肪酸族之 22 碳 6 烯
藻 许多操控藻类成长的因素及其生长系统工程技术，可做为未来发展的参考 类 (Sheehanetal.,1998)。 养 殖 / 采 收 技 术
酸 (4,7,10,13,16,19-docosahexaenoicacid,DHA)； 而骨藻，俗称硅藻，则含有大量的 20 碳 5 烯酸 (5,8,11,14,17-eicosapentaenoicacid,EPA)(苏 素美，1999)。
陆 1.油脂作物之油脂可用化学方法处理，制成生质柴油，如欧洲国家以油菜籽油、美国以黄 1.我国目前仅有小部分试种及进行相关评估工作 生 豆油及马来西亚以棕榈油制造生质柴油。 能 2.生产类似石油脂碳氢化合物植物，可由其枝叶提炼出类似石油之碳氢化合物汁液。 源 作 物 耕 收 技 术 木 1.日本推行发展石油替代研究计划， 建立一座模厂每日处理 720 公斤的木质纤维可产酒精 1.尚并未针对木质纤维素的应用进行深入的研究。 质 150-200 升/天。 纤 2.法国建立一座模厂， 操作 50m3 的酦酵槽进行酒精酦酵， 其转换系数为每消耗 1000 公斤 维 的白杨木可产出 160-190 公斤酒精(Balleronoetal.,1994)。 素 3.未来 5-10 年内木质纤维素衍生酒精燃料之成本若能降至生产一升酒精只需 0.2 美元(台 衍 币 6.4 元)，则此项技术将具有竞争优势（Janusz and Jan,1996）。 生 酒 精 燃 料 技 术 厌 ?加拿大 Valdez-Vazquez 等教授(Valdez-Vazquezetal.,2004)以固体基质厌氧消化菌处 ?国内目前之厌氧酦酵

产氢技术，菌种以纯菌或经 氧 理纸浆废水可得 34mmolH2/reactor。 驯化具产氢活性之污泥为主， 基质则可分为复合基
酦 ?香港 Fang 等人曾以 CSTR 反应器形成颗粒污泥来进行蔗糖(12.15g/L)之酦酵产氢，最佳 质、固态有机物及碳水化合物。 酵 产氢速率为 13.0L/d/L 或 0.531mole/d/L(HRT=6h)(Fangetal.,2002)。 ?生物产氢系统主要是以批式、 CSTR、 ASBR、 CIGSB、
/ ?Rackman 等人以填充床(packed bed)反应器形成自凝絮性细胞(self-flocculatedcell)， UASB 等生物反应器来进行生物产氢程序，探讨厌 光 进行葡萄糖转化氢气，最佳产氢速率达 34.1L/d/L 或 合 1.39mole/d/L(HRT=1.5h)(Rackmanetal.,1998)。 作 用 产 氢 技 术 氧酦酵/光合作用产氢技术之基础研究，但对于量 产程序尚未列入考虑。
生 ?目前全世界生质柴油产量超过 150 万吨，欧洲占 80%以上，德国是生质柴油发展最成功 1.能环所进行生质柴油制造生产与应用的相关研 质 的国家，产能超过 110 万吨/年；美国是欧洲以外的主要发展国家。 究计划， 经公开征选程序遴选出位于嘉义之新日化
柴 ?现阶段商业化的生质柴油制程系以化学触媒的碱制程为主，在料源方面，欧洲主要以菜 公司合作兴建示范厂，并在 2004 年建立国内第一 油 籽油为主，美国为大豆油，日本则以废食用油为原料，目前已有详细的引擎测试分析、环 座 3,000 吨/年以上之生质柴油生产示范厂，目前 技 境生态影响及油品保存运输研究，且欧美各国已有生质柴油加油站。 术 厌 ?复合固体废弃物的甲烷转换系数为 所生产的生质柴油提供各县市垃圾车或客运车进 行道路示范，由环保署补助购油价差。 ?国内四前已开发之沼气利用系统以垃圾掩埋场为
氧 0.188-0.222m3/kgVS(Cecchietal.,1993;Mata-Alvarezetal.,1993;Owensetal.,1993)。 主， 包括 4 处垃圾掩埋场， 30 户中小型养猪场、 约 酦 ?Mata-Alvarez 等人利用复合固体废弃物进行甲烷酦酵可得甲烷产率为 3.35m3/day。 1 户大型养猪场 （二仑） 3 处工业废水处理厂 、 （亚
酵 ?Sarada 等人(1993)则使用 CSTR 生物反应槽，利用西红柿加工厂废水进行厌氧酦酵，得 洲化学、环泰企业、统一公司新市厂）。 产 相当高之甲烷转换系数 0.420m3/kgVS。 制 甲 烷 技 术 生 1.目前全球在生物燃料电池的发展仍属于实验室阶段。 物 燃 料 电 池 技 术 1.目前国内外之废塑料裂解液化技术， 大多止于先导工厂设立与试运转。 少数商业化个案， 1.目前所开发之裂解技术，其产油率大于 60%。 裂 解 技 术 如日本富士再生公司，然其设备费用相当昂贵。 2.与国外比较， 国内技术可大幅降低造价成本及系 1.我国现阶段与美国加州柏克莱大学进行相关之 开发研究(蓝

兆禾等人，2003)。 ?畜产研究所设立「粪尿处理系统」，产生的沼气 做为「170kVA 双燃料引擎」的动力，提供养猪场 的电力之需。
2.国外之先导工厂，多引用快速裂解技术，可获取最大液体产量，约达 75%左右，另伴随 统之占地空间，均优异 50%以上。 约 15%的产气及约 10%的焦碳；多采用流体化床技术。 3.国外液化料源主要为木屑、纤维等有机废弃物，液体产物具有氢氧基，且含水量高，热 值低，并含有焦炭（char），目前仅能用旋风分离器（cyclone）分离，但效果不佳为其 瓶颈。 ?目前全球生质物与废弃物气化系统发展正由示范阶段跨入完全商转阶段，并以气化混烧 1.与业界及国外合作，进行废弃物气化可行性评 发电为主要发展目标之一；以生质物为料源之 IGCC 厂计 6 座，规模均在 10MW 以下，另小 估，结果显示国内纸厂废纸排渣气化利用是可行 型固定床气化系统有 13 座。 的。 3.已建立处理量 200kg/hr 废塑料液化系统。
气 化 技 术
国外以直接发电为目的之生质物气化炉， 其燃气热值 （以空气为介质者） 一般以 4MJ/Nm3 2.进行流体化床废弃物气化测试， 若添加蒸汽作为 （~1,000kcal/Nm3）为目标，并希望焦油可降至 0.1g/Nm3；若以混烧为目的，在不外加 气化介质，则碳转化率可大于 90%合成燃气热值可 除焦系统，则使用流体化床气化炉之燃气含焦量约 10g/Nm3。 达 1,900kcal/Nm3(800oC)，气化效率则可达 84%， 而每单位生质物气化热值可达 3,960kcal/kg，另 焦油并可控制 10g/Nm3 以下， 3.已完成 300kWth 流体化床农业废弃物气化利用 示范系统之建造及试车运转， 未来可供建立实厂操 作经验，作为商业化规模放大设计之依据。

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