生質能源

生質能介紹 何謂生質能 全球第四大能源，占11%(國際能源總署) „生質能就是利用生質物經轉換所獲得的電與熱等可用 的能源。 „生質能是一種再生能源，與風能、太陽能一樣具有取 之不盡、用之不竭的特性。 „是一種兼顧環保並可永續經營的能量來源。

生質能的來源 牲畜糞便 動物的糞便乾燥後可以供應熱能，在經過處理還可以 作為肥料。 農作物殘渣 目前已被普遍使用的生質能源主要產自油料作物（大 豆、油菜等），糖質作物（甘蔗、甜菜等）及澱粉作 物（玉米、甘藷等） 能源作物 大豆、油菜、向日葵、甘藷、甘蔗都是能源作物。能 源作物可以提煉成生質柴油，使用生質柴油的引擎排 氣不含鉛、二氧化硫，可以大幅降低二氧化碳及其他 空氣污染物質。

生質能的來源(續) 製糖作物 將製糖作物轉化成乙醇，是一種極富潛力之生質能。 城市垃圾 城市居民每人所傾倒廢棄的垃圾中，有一大部分都可 作為能量的來源。

生質能轉換 除了直接燃燒之外，生質初 能源需經過轉換才可被使用， 轉換的程序稱為生質能轉換 (Biomass conversion) ，主要 的程序有： 物理轉換：將廢棄物分類壓 縮，進行破碎、分選、乾燥、 混合添加劑及成型等過程， 或者從植物中搾油等，無化 學反應發生。 熱化學轉換：熱解、碳化、 液化以及氣化等，可以產生 熱、氣體與油。 生物化學轉換：利用微生物 或酵素將有機物質轉化成酒 精、生質燃油或沼氣。 生質能源 燃燒 物理 發電電動車 熱化學 燃料電池 生物化學

生質能轉換技術及應用

生質能源型態 固態燃料：固態廢棄物衍生燃料 (Reuse Derived Fuel, RDF) 。 氣態燃料：沼氣，合成氣。 液態燃料：生質酒精、生質柴油、生質煤油，這三種 液態燃料由於主要成分的碳鏈長度不同，也就是所含 的主要化學成分不同，使其具有不同的性質。

RDF (REUSE DERIVED FUEL)類別

RDF-5使用 固態廢棄物衍生燃料可供燃燒、氣化、液化等利用 直接燃燒：其主要特性為顆粒大小一致、熱值均勻(大約是煤的三分 之二)、在常溫下可儲存6 ~ 12 個月而不會腐化、易於運輸及儲存、 可直接應用於機械床式的鍋爐、流體化床鍋爐及發電鍋爐等。

RDF-5使用(續) 液化程序是指由生質物/廢棄物經無氧熱裂解製成液態燃料。液態衍生燃 料多以分選過的廢塑膠或廢橡膠為料源，經過熱裂解產生油氣，再經過 冷凝後成為合成燃油與燃氣。這項技術的優點是產品易於儲存運輸且系 統容量不大，具經濟性；其缺點則在於因需維持燃油的產率，裂解溫度 不能太高，大約是攝氏300 ~ 500 度。另廢棄物中若含有重金屬與硫、氯 等成分，會部分殘留在產品內，而限制產品的用途。同時廢棄物中若雜 質過多或成分複雜，也會造成產品性質不穩定。 氣化技術是指在高溫下進行非催化性的部分氧化反應，把含碳物質，如 生質物/廢棄物或煤炭等，轉換成以氣態燃料為主可供利用的能源。經氣 化反應所產生的可燃氣體包括一氧化碳、氫氣、甲烷等，可作為鍋爐與 發電機組的燃料；另也有部分燃料油、焦碳、焦油、灰份等產物，可供 作其他用途；此外，氣化所生產的燃氣，也可轉化為甲醇，使用在燃料 電池中。

燃氣引擎 氣渦輪機 複循環發電機 燃料電池 外燃式引擎 農產廢棄物 生質農作物 廢塑膠 廢橡膠 石油焦 油(污)泥 都市垃圾 前處理 氣化或裂解 燃氣淨化或純化 發電 熱回收利用 固態衍生燃料 鍋爐 焚化爐 工業爐

台灣的RDF 工研院能資所已成功開發固態衍生燃料製造技術，並 移轉給業者；同時，能資所在經濟部能源委員會的支 持下也與花蓮縣政府合作，在豐濱鄉建造了國內第一 座都市廢棄物固態衍生燃料製造示範廠，進行示範運 轉。

固態衍生燃料技術 國外技術發展指標 : 日本之發展RDF-5 技術已有十年以上之時間， 截至2005 年已達62座， 以處理都市廢棄物為主。至於各廠之處理能 力， 由每日5至300噸不等， 以處理量每日11 至30 噸所占 之比例最高，目前積極發展事業廢棄物RPF技術。  歐盟各國由都市垃圾所生的RDF-5 總量， 據估計2001 年 時已達300 萬噸。 荷蘭已有ROFI RER商標之RDF-5品， 係由Kappa Roermond Paper Mill所製，其料源來自紙廠廢棄物， 熱值 達5,670 kcal/kg 。

固態衍生燃料技術(續) 國內技術發展指標 : 1.與日本RDF-5 廠比較， 國內技術在相同設置容量及 處理流程下，設置及操作成本可降低1/3 以上。 2.工研院在能源局之支持下， 與花蓮縣政府合作，於 花蓮縣豐濱鄉完成我國第一座RDF-5 示範廠之興建 （1,000 kg/hr 處理量）， 並將RDF-5 技術移轉給四家 民間業者， 總RDF-5 能達420 噸/日。 3.工研院與業界合作完成實廠混燒測試， 在商轉之大 型流體化床汽電鍋爐進行RDF-5 與燃煤混燒，可符 合環保標準，且鍋爐操作穩定， 汽量與爐溫變化小。

生質酒精 A.醣類酒精：醣類酒精的原料為蔗糖、甜高粱或是甜 菜等富含糖分的作物。將糖份自作物中榨取之後 ，便可經發酵處理製成酒精。 B. 澱粉酒精：澱粉酒精的原料為玉米、木薯、甘薯或 是稻米之類的高澱粉含量作物。澱粉為多醣分子， 而酵母菌轉換多醣的能力較差，因此製作澱粉酒精的 過程需額外增加水解步驟，將多醣分解為單醣分子， 再行發酵作用製成酒精。 C.纖維酒精：纖維酒精的原料為木質纖維素，存在於 各種草本與木本植物中，因此原料不再局限於糖類或 是澱粉等糧食作物，可以選擇生長期長或是適應力強 的植物作為能源作物。

纖維素製備生質酒精

生質柴油 生質柴油：利用大豆、油菜花、向日葵及棕櫚等植物 油，或是回收食用油為原料，經過交酯化反應(油酯 /醇 類/鹼金屬觸媒)及中和、水洗及蒸餾等純化程序所生產 出來的油品，主要成分是脂肪酸甲酯，其副產品為甘 油。在超級柴油中添加 1 % (v/v)生質柴油稱為生質柴 油B1，如添加 20 %(v/v)生質柴油即稱為生質柴油B20。 氫氧化鈉(甲醇) 加熱器(60oC) 蒸餾 靜置分離 (30min) 水洗 中和 生質柴油 靜置分離(10min)

生質柴油技術 國外技術發展指標 目前全球生質柴油量約為1,610萬公秉，其中歐洲佔5 5%，而德國產量為317.5萬公秉，位居全球首位，其次 為美國，產量達265萬公秉。 現階段商業化的生質柴油製程係以化學觸媒的鹼製程 為主， 在料源方面，歐洲主要以菜籽油為主， 美國為 大豆油， 日本則以廢食用油為原料， 目前已有詳細的 引擎測試分析、環境生態影響及油品保存運輸研究， 且歐美各國已有生質柴油加油站。

生質柴油技術(續) 國內技術發展指標 能源局委託工研院能環所進行生質柴油製造生產與應 用的相關研究計畫， 經公開徵選程序遴選出位於嘉義 之新日化公司合作興建示範廠，並在2004年建立國內 第一座3,000噸/年以上之生質柴油生產示範廠。 目前國內已核准生產生質柴油的廠商計有九家。 能源局自2 0 0 6年起於陸續推動「能源作物綠色公車 計畫」及「綠色城鄉 (Green County）應用推廣計畫」 及「全國全面供應B1 生質柴油計畫」， 使我國成為亞 洲第一個全面使用生質柴油之國家，預計至2 0 1 0年將 提升生質柴油添加比例為 B2。

沼氣 沼澤地帶存在一種氣體具有可燃性，後來才逐漸明白 有機物在特定溫度、濕度、酸鹼值的環境下，經過多 種細菌厭氧發酵後，會由碳鏈較長、結構複雜的化合 物(例：纖維素、蛋白質、脂肪…等)轉變成短鏈的分子， 最後形成的氣態產物便被稱為沼氣。沼氣其實是由多 種氣態分子構成的混合物，通常含有甲烷、硫化氫、 一氧化碳、重烴等可燃成分，同時也包括二氧化碳、 氮氣、氨氣等不可燃氣體。其中最主要的分子是佔全 部成分達50%到75%的甲烷沼氣不只能由沼澤產生， 事實上堆肥、家庭廢棄物、污水、廚餘等都可以是沼 氣的原料，因此許多垃圾掩埋場、畜牧場(例：養豬場)， 都將沼氣收集設備整合進設施內，以沼氣做為燃料生 熱或是發電。

厭氧消化是微生物在缺乏氧氣的環境中，進行生物降解的一系列過 程厭氧消化，先將大部分複雜之大分子有機物，水解為簡單之物質，微 生物再從此消化中獲取細胞生存或合成所需要之能量，最後轉化為二氧 化碳、甲烷、氮、硫化氫等物質。厭氧消化細菌有酸生成菌與甲烷生成 菌兩類，兩菌種之作用應協調一致，缺一不可。酸生成菌包括酵母菌、 乳酸菌、丙酸菌、大腸菌、丁酸菌、蛋白質分解菌、脂肪分解菌等，在 污水與污泥中存在極多；甲烷生成菌之生長速率則較前者慢很多，且對 環境非常敏感，故甲烷生成菌是厭氧消化速率限制之關鍵。 前處理 沼氣淨化儲存 厭氧消化 沼氣發電 污泥固化處理

厭氧醱酵產製甲烷技術 國外技術發展指標 複合固體廢棄物的甲烷轉換係數為0.188-0.222 m3/kg 。 加拿大利用馬鈴薯廢棄物進行甲烷醱酵，甲烷產率 為 3.7 L/L/d。 日本利用有機固體廢棄物厭氧醱酵產製甲烷， 可得 高速率之甲烷產率為12.1 L/L/d。 德國已建立全球首座生質能源村進行沼氣發電，每年 可產生450萬度電，其他尚有九座生質能源村陸續興建。

厭氧醱酵產製甲烷技術(續) 國內技術發展指標 國內6處已開發之沼氣利用系統以垃圾掩埋場為主， 包括4處垃圾掩埋場，3處工業廢水處理廠（亞洲化學、 環泰企業、統一公司新市廠），及2座牧場。 台糖公司竹南畜產研究所設立「糞尿處理系統」， 產 生的沼氣做為「170 kVA雙燃料引擎」的動力，提供養 豬場的電力之需。 台中市文山垃圾沼氣處理再利用發電系統，每年可處 理垃圾掩埋場沼氣2 ,550 萬立方米， 發電5,448 kW。

生質能技術發展 生質能料源技術：泛指料源的製備技術，如固態廢棄 物衍生燃料技術、生質物培燒技術、富油脂藻類養殖 /採收技術等。 生質物轉換技術：(1)生物/化學轉換（bio-/chemical conversion），如醱酵（fermentation）、酯化 （esterification）等程序產生酒精汽油(gasohol）、沼 氣（biogas）或生質柴油，或利用生物菌種等方法產 氫氣與甲醇等燃料。(2)熱轉換（thermal conversion）： 如以氣化（gasification）、裂解（pyrolysis）方式產 生合成燃氣（syngas）或燃油等。 生質能應用技術：如生質燃料用於車/船用引擎、發 電內燃機、鍋爐、燃料電池等，或進行合成燃料精煉 技術，以生產精密化學品等。

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