The Utilization of the Waste Energy 廢棄物能源應用 The Utilization of the Waste Energy 萬 皓 鵬 經理/正研究員 Hou-Peng Wan, Ph.D 工業技術研究院 能源與環境研究所 新能源技術組 生質物熱轉換研究室 May 13, 2010 台灣 ۞ 台南 ۞ 國立成功大學

內 容 前言 廢棄物能源 廢棄物能源製造與應用技術 結語 廢棄物能源概述 國內廢棄物質量與發展情形 國外廢棄物能源發展趨勢 內 容 前言 廢棄物能源 廢棄物能源概述 國內廢棄物質量與發展情形 國外廢棄物能源發展趨勢 廢棄物能源製造與應用技術 固態廢棄物衍生燃料(solid refuse derived fuel) 快速裂解(Fast pyrolysis)技術 熱化學轉換 (ThermoChemical)新技術及趨勢 結語

前 言

人類所面對的十大問題

World GHG Emission 中央研究院經濟研究所粱啟源博士：「目前台灣發一度電，大約要排出0.63公斤的二氧化碳，日韓大約只有0.42公斤左右」

熱門的能源議題…. 自十八世紀工業革命以來，化石燃料被大量使用於創造人類優質的生活，但是…. 全球面對的問題： 傳統能源逐漸枯竭，能源供應的未來展望 氣候變遷，導致溫室氣體減量需求日益增高 台灣所面對的能源、環境與經濟問題及解決方式： 能源自主、安全及永續性、低碳能源的需求、全球化工業競爭 98全國能源會議(第三屆；2009/4/15-16) 打造低碳社會邁向永續發展 2009年為再生能源發展條例推動元年 2050年溫室氣體排放量降低至2000年的一半 台灣朝「低碳家園」邁進，核能是邁向低碳家園過渡選項 99年經濟部能源旭升方案 1998年第一次全國能源會議 2005年第二次全國能源會議 2009年第三次全國能源會議

廢棄物能源概述 「廢棄物能源」是唯一若不積極處理與應用，將會衍生更多問題的能源…………..

廢棄物能源- 生質能源的孿生兄弟

廢棄物？ 資源？

台灣地區都市廢棄物處理現況 Source: 環保署督察總隊；http://ivy4.epa.gov.tw/swims/?ctype=B&cid=swims&oid=www Ref. 2006年度台灣地區住宅用戶非夏月期間平均每戶每月用電量318度，夏月(6-9)期間462度，

台灣地區事業廢棄物

台灣地區農業廢棄物

台灣地區各種廢棄物總量與潛能

國外廢棄物能源發展趨勢

廢棄物能源 製造與應用技術

廢棄物能源技術與應用關連圖

廢棄物衍生燃料 (RDF) 製品分類/等級/能源效率

Densified Refuse Derived Fuels 物理性操作，使生質物或廢棄物轉換為能源利用性高的燃料 第五類廢棄物衍生燃料 Densified Refuse Derived Fuels (d-RDF 5) 物理性操作，使生質物或廢棄物轉換為能源利用性高的燃料

第五類廢棄物衍生燃料製造技術 (RDF-5) 利用物理程序，將廢棄物中不可燃部分篩除，並將「不可回收且適宜燃燒的物質」壓縮造粒，以節省儲存運送成本，並降低燃燒生成之空氣污染物及提高能源使用效率。

RDF-5 製造流程系統圖 (花蓮豐濱示範廠)

RDF-5燃料分析

第五類廢棄物衍生燃料應用優點 (RDF-5) 工業用 家庭用

國外RDF-5應用- Wood Pellets Combustion - Stove Photo: SEI (2006)

Net Energy Effect: RDF-5/incinerator: 405/279 = 1.45 第五類廢棄物衍生燃料能源效益 Net energy effect of RDF-5: Net Energy Effect: RDF-5/incinerator: 405/279 = 1.45

國內第一座RDF-5燃料示範廠 經濟部能源局、花蓮縣政府、工業技術研究院合作設置，於2004年正式啟用全台灣第一座都市廢棄物RDF-5燃料示範廠，將豐濱鄉每日生活垃圾，轉換為工業用替代燃料。

台灣地區RDF-5製造廠發展現況 現有第五類廢棄物衍生燃料製造(RDF-5)廠(2009)，總產能18.3萬噸/年，產值約2.74億元/年，約替代11.1萬kLOE/年燃料，減少CO2 排放約31.3萬噸/年。 除豐濱RDF-5都市廢棄物廠外，其餘均以事業廢棄物為主。 未來配合環保署相關政策，可提高RDF-5技術之應用。

RDF-5技術展望 創新產業價值： 提供「後焚化爐時代」廢棄物高效率能源化之選項。 使工業委外清運之廢棄物，轉製為可利用之能源，並替代化石燃煤使用，大幅降低工廠成本、提高競爭力，創造產業價值。 提供「後焚化爐時代」廢棄物高效率能源化之選項。

影片欣賞 - RDF

熱化學操作，缺氧情形下，加熱使固態生質物或廢棄物分子斷鍊轉換為以油品為主的能源利用燃料 快速裂解技術 Fast pyrolysis (RDF-6) 熱化學操作，缺氧情形下，加熱使固態生質物或廢棄物分子斷鍊轉換為以油品為主的能源利用燃料

快速裂解系統 熱裂解是在缺氧的環境下，利用溫度及反應時間，將生質物斷鏈成所需要的產物，後兩者是決定熱裂解程度(severity)的兩大因素 熱裂解反應是可以加以控制的， 在最佳化的滯留時間、溫度與 加熱速率下，用以產生所需的 固體、液體或氣體燃料

熱裂解技術分類

快速裂解系統 (液化合成燃油產製技術)

熱裂解技術重要參數 生質物熱裂解技術可產生液體、氣體及固體燃料 快速裂解技術重要參數： 高熱傳速度：需要將進料先行研磨，以減少物料體積，增加熱傳面積。 溫度與時間：嚴格的溫度控制（500℃）與滯留時間(<2 sec)。 避免二次反應：快速冷凝以避免二次反應。 Milne T.A. et al. NREL Report NREL/TP-570-25357, NREL, 1998. Klass D.L.. Biomass for renewable Energy, Fuels and Chemicals. Academic Press, SanDiego, 1998.

生質物快速裂解技術

生質原油(Bio-Crude)成分

生質物快速裂解油特性與組成 Fast Pyrolysis Bio oil含有400多種compounds Bio oil Oil： 60-70 wt% Gas： 13-25 wt% Char：12-15 wt% Bio oil含有400多種compounds Bio oil Pyrolytic lignin (30 wt%) Aqueous oil (70 wt%，其中水 20 wt%) Source: Huber et al., Synthesis of Transportation Fuels from Biomass: Chemistry, Catalysts, and Engineering, Chem. Rev. 2006.

國內外技術產製生質原油的差異

Limitation (Key Issues) of Fast Pyrolysis Application

Source: Czernik (NREL) (2002)  生質物快速裂解技術 – 生質物裂解油性質與改質技術 快速裂解生質油應用方式 Source: Czernik (NREL) (2002)

生質物裂解油發展趨勢

熱化學轉換技術新趨勢及新技術 Bio-refinery Conception & Technology

結 語

廢棄物能源應用考量面向

萬 皓 鵬 博士 經理 / 正研究員 工業技術研究院 能源與環境研究所 萬 皓 鵬 博士 經理 / 正研究員 工業技術研究院 能源與環境研究所 本文件作者已盡力確保資料的準確性，惟任何未經授權擅自使用本資料所造成的損害，作者及工研院均不負賠償責任。 This document is prepared with utmost care by the speaker. However, neither the speaker nor ITRI shall be liable for any loss or damage arising out of unauthorized use or access to the contents hereof.