生質能應用技術 4a340065謝家 楹 4a340073蔡思妤 4a340064黃琦 芳 4a340063劉佳 豪

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1 生質能應用技術 4a340065謝家 楹 4a340073蔡思妤 4a340064黃琦 芳 4a340063劉佳 豪

2 生質能源(bioenergy)簡介 生質能是從生物質中所轉換的可 再生能量。它是可以再生，因它在 被使用後，會產生新的物質來。 生質燃料是人類使用最為古老的能 源，使用木材取暖做飯可追朔到 史前時代。 就全世界而言，生質燃料是目前再 生能源的最大貢獻者。 (生物質泛指各種生物產生的有機物質，例如農林植物、沼氣、一般廢棄物與一般事業廢棄物等均在此列) (生質燃料，泛指由生物質組成或萃取而成的固體、液體或氣體。)

3 生物質的介紹 生物質是指能夠當作燃料或者工業原料，活著或剛死去的有 機物。生物質能最常見於種植植物所製造的生質燃料，或者 生產纖維、化學製品或熱能的動物或植物。也包刮以生物可 降解的廢棄物製造的燃料。但那些已經變質成為煤油或石油 等的有機物質除外。 許多的植物都被用來生產生物質能，包括了芒草、麻、玉米、 柳樹、甘蔗等。

4 生質能源種類 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。 木材:今天在世界上很多地方，木 材仍是主要的燃料，有一個從 植物中取得更多能的方法，就 是把它們放在加壓鍋爐裡加熱。 如果加入空氣和蒸氣，就會產 生豐富的氣體混合物，包括氫 和一氧化碳。 生質柴油即是以取代石化柴油為目標的替代燃油，利用化學轉酯化技術將植物或是動物油脂轉化為物理及化學性質都與柴油相當類似的脂肪酸酯，產物可直接使用於柴油引擎。

5 生質能源種類 畜生糞便:糞便本身經過生物消化分解 過程後，可以說是產生甲烷最快的原 料，縮短了一些本來必須等待細菌分 解動植物的腐敗時間。 農作物殘渣:。纖維素是全世界上數量 最多的植物原料，其位於植物細胞壁 中，經過分解後可產生大量的糖，再 經過醱酵後即可產生酒精能源。目前， 纖維作物普遍已被認為是未來全球來 源最充足且成本最低的生質酒精原料。 Ex:使用低濃度﹝15%﹞酒精之生質燃 料電池業。 生質酒精跟市面上販售的酒精都是乙醇，兩者唯一的差別為原料不同。生質酒精目前常見的原料為蔗糖、玉米之類的農作物，而市售的純酒精通常是從原油裡提鍊而成。 酒精可以經由生質轉生質能源換得來，在反應器中與水重組，產生發電所需的氫，整個系統效率高，無污染。

6 生質酒精 生質酒精: 透過酵母菌進行發酵，將原料中的醣分解為酒精， 接著利用蒸餾法將水份與酒精分離，製成高濃度 的無水酒精。生質酒精根據原料的不同可再細分 為醣類酒精、澱粉酒精與纖維酒精三種。 製作過程: 1.發酵 2. 蒸餾 3.脫水 特點:生質酒精最主要的優點是可直接與石化汽油混合，而 且在低濃度(<10%)混合的情況下，一般車輛甚至無須 修改引擎即可直接使用。另外，生質酒精的二氧化碳 排放量較石化汽油少20%以上。然而由於酒精燃燒熱值 相對低於石化汽油，使用混合酒精的汽油將會增加油 耗。同時，因酒精吸水性較強，若酒精汽油混合比例 過高，有可能造成車內管線腐蝕。

7 生質酒精的應用 生質酒精可完全替代汽油做為汽車燃料。在巴西生產製造的混 合燃料汽車占市場的20%並且有3萬個加油站可提供汽油與酒 精，目前也有許多國家例如日本、大陸、泰國等都有興趣加 入研究與製造。使用酒精燃料主要有兩個優點，一是提高辛 烷質，來改善汽油的防爆性能；二是燃燒較完全，可減少有 毒氣體如一氧化碳的排放。 全球使用生質酒精的推動現況 國家 酒精汽油 原料 生產量(千公升) 推動現況 巴西 E22、E100 甘蔗 1680 全國強制添加E22、推動酒精汽車 美國 E10、E85 玉米 1478 明尼蘇達等37州 加拿大 23 3省強制添加、6省供應酒精汽油 瑞典 E5、E85 廢木材 13 數城市提供酒精汽油 中國 E10 117 數省份與城市提供酒精汽油 澳洲 甘蔗、甜高粱 12 昆士蘭、新南威爾斯提供酒精汽油 泰國 活蜜、木薯 42 曼谷市供應酒精汽油 歐盟 E5 甜菜、小麥 91 瑞典法國德國西班牙等國 印度 67 10省供應酒精汽油 日本 E3 甘蔗、廢木材 * 立法允許添加E與E10酒精汽油

8 生質酒精所帶來的影響 生質酒精雖然可以減輕石油進口的負擔，但是酒精燃料在與汽 油混摻後，會導致汽油的化學組成變化，對於汽車材料中的 銅、鋅會具有腐蝕性，對於橡膠等彈性材料會造成膨脹、軟 化及老化等現象，並產生滲透性蒸發排放等影響，如引擎、 管線、甚至是存放酒精燃料的儲存槽及加油設備等物件的安 全性，所以使用上亦須注意其適用性。 在休閒的汽油引擎中一直有些爭議，尤其是在船用引擎中，除 了潛在的堵塞問題外，對儲存在潮濕海洋環境中的燃料來說， 乙醇的存在會促使空氣中的水分凝結，從而導致性能的損失 以及機械障礙

9 生質柴油 生質柴油:利用化學轉酯化技術將動植物油脂轉化為物理及 化學性質都與烴類化合物相當類似的脂肪酸酯。 這個產物可直接使用於柴油引擎，且與石化柴油 低濃度混合的情況下可作為引擎潤滑劑。 製作過程:要讓油脂中的三酸甘油酯與醇類在鹼性環境中反 應，分解為三條碳鏈（脂肪酸酯）與甘油，而其 中的脂肪酸酯就是生質柴油。在分離甘油與脂肪 酸酯之後，利用蒸餾水將脂肪酸酯中的皂類去除， 即可得到純化後的生質柴油。 特點:傳統石化柴油與汽油事實上都是烴類(碳氫化合物)混 合物的通稱。兩者的差別在於汽油所含烴類碳鏈長度 在C4~C12之間，柴油所含烴類碳鏈長度在C10~C22之間。 相對於汽油，柴油擁有較高燃燒熱值、較低燃點與較 高的黏稠度等特點。

10 生質能源對人類的環境影響 優點: 1.可以再生利用，解決能源危機、石油浩竭的問題 2.取得能源時間縮短，不必像石化燃料要經過數百年才能取得 3.生質能源所放出來的廢料，有的可以繼續再利用，有的只是排放 水或其他對環 境沒有傷害的物質 缺點: 1.有些成本太高 2.產量不多，供應也不是很穩定，規模比較小 3.有時受環境的限制，例如:種植、收割、天候、種植土地不足

11 都市固態廢棄物 都市固態廢棄物:從所有來源來的廢棄物，但不包括化學性或生物 性的危險廢棄物或放射性廢棄物，它也不包括汙水以及其他非 固體廢棄物。 固態的部分主要是指固態廢棄物衍生燃料技術(densified refuse derived fuel，RDF-5)。 液態生質能源基本上是生質燃料，包括生質酒精及生質柴油。 氣態燃料的部分則有合成氣與沼氣。氣態燃料除了可以直接作為 燃料用以發電，也能夠再進行轉化形成液態燃料與其他化學產 品。 生質能源從原料到最終應用可能經過多次的向變化與化學程序， 因此生質能源在此三態的應用並不是全然獨立的。

12 固態廢棄物衍生燃料技術 RDF-5 要談當代最重要的固態生質能源，一定要提到固態廢棄物衍 生燃料技術，它指的是對原料進行物理前處理後，再將成 品送入鍋爐燃燒發電，或是進一步與其他物質行氣化、裂 解反應的能源利用方式。 RDF-5對於原料成分有更高的要求。廢棄物必須先經過破碎、 選別、乾燥後，再加入添加劑，以製作外型與成分都符合 特定規格，進而提高發電效率，同時降低廢氣排放、減少 戴奧辛汙染，因此RDF電廠發電效能優於一般焚化爐。 利用RDF-5的方式可大可小，大至汽電廠可以用來取代或分 擔焚化爐的工作量，小至燃燒鍋爐則可以和廢棄物產出地 點整合，就地處理廢棄物後直接生熱或發電。

13 處理都市固體廢棄物方法 1.堆肥 優點:(1)有機性之垃圾均可處理。 (2)可設於收集區中心，減低運送垃圾及清運垃圾 之費用。 缺點:(1)銷售困難、市場不穩定。 (2)無機性垃圾仍需處理掩埋。 2.焚化處理 優點:(1)所需之土地面積較少。 (2)可迅速處理大量垃圾，害蟲及細菌均可燒 死。 缺點:(1)操作、維持費較高，設備費昂貴。 (2)處理場地難覓，容易遭民眾反對。

14 生質能源市場-主要國家 1.巴西:巴西的自然環境條件適合甘蔗生長，且勞動力便宜，有利於推動 屬於高勞力密集度的生質酒精產業發展，在政府產業政策方面，初期 提供保價收購及價格支持，並透過強制國內汽油添加生質酒精的方式 來擴大需求，均有助於產業之穩定發展。儘管有優良的先天條件及產 業政策之支持，持續研發提升酒精生產效率的新技術，降低生產成本， 才是巴西生質酒精產業成功的主要原因。 2.美國:1973年石油輸出國家組織(OPEC)宣佈提高原油價格70%，並限制輸 往美國的原油數量，此舉影響美國經濟發展甚鉅，促使美國政府發展 替代性能源，以降低對進口原油的依賴。除了推廣生質酒精，美國同 樣也重視生質柴油的發展與應用 3.德國:德國國內並無油田，在1970年代石油危機期間，深受油價飆漲之 苦，故推動替代性能源不遺餘力。在生質能源的發展方面，由於地理 環境及氣候等因素，較適合種植油菜而非玉米或甘蔗等醣類作物，故 引導國內休耕或廢耕之農地種植油菜，利用油菜籽榨油製取生質柴油， 此外德國優異的柴油引擎生產技術，也是其選擇發展生質柴油的原因 之一。

15 台灣生質能發展現況 生質能源之開發具有能源自主、農業發展、環境保護與經濟成長等 綜效。生質能源的原料為醣類作物及油料作物，我國農業產業基礎雄 厚，生產技術優越，絕對有能力種植能源作物，提供生質能源精煉廠 必要的原料。此外，生質能源的精煉技術，亦不存在技術上的困難。 關於生質酒精的生產，國內台糖公司在台南新營所使用的蜜糖製造 食用酒精加工廠，年產量可達2萬公秉，只需建立脫水純化成無水酒精 的後段製程，即可取得生質酒精，具有技術上的可行性。 在生質柴油的生產方面，台灣新日化公司經由工研院的技術輔導在 2004年10月正式啟用我國首座生質柴油示範工廠，年產量可達3000公 秉。

16 我國推動生質能源之可行性與困難 面臨之問題:依國內學者 之推估，我國若以自產甘蔗來生產生質酒精之成 本，與國外學者評估其他生質酒精模式之生產成本進行比較，可發現 原料成本為我國生質酒精生產成本的主要部份，約84%，高於其他國家 之比例。至於生產成本方面，我國顯著高於其他國家，且副產品收益 亦不如其他國家，故總成本顯著偏高。 政策之方向探討:依各國實際生產經驗可知，原料成本向為生質酒精生產 成本之大宗，因此欲提升我國生質酒精之競爭力，應採用最適合我國 國情之生質能源作物，以降低原料成本。以國內自行種植甘藷做為原 料，則每公升生質酒精之成本約為19.62至20.35元，低於以甘蔗為生 質酒精原料之生產成本。因此，我國於推動生質能源產業，在能源作 物的選擇方面，未必要採用如同其他主要生質能源生產國家之選擇， 採用適合我國農業產業背景之作物，不僅較具競爭力，對於產業之穩 定發展亦有助益。

17 生質能應用原理 生質能：泛指所有有機物，其應用方式為經由各式自然或人為化學反 應，將其中蘊含之化學能釋出，轉化為供人類使用之熱能。 生物轉換---- 利用微生物或酵素將生質轉化成酒精、生質燃油或沼氣。

18 生質能轉換示意圖

19 台灣生質沼氣發電現況 生質能料源廣泛且來源穩定對自產能源缺乏的台灣，非常適合發 生質能。 國內富含大量有機廢棄物可以作為氣態生質能源的料源。其中的 農林及畜牧廢棄物等低位發熱量高之有機廢棄物，非常適合熱 化學法轉換為能源。另外，還有水分含量高的有機廢棄物，包 括廚餘、水肥、食品業及畜牧業廢水等則以生物法處理較為適 合。

20 台灣生質能發電潛力 目前台灣生質能發電應用有垃圾焚化發電及沼氣發電二大類。 垃圾焚化：我國多數焚化廠之營運常態 沼氣發電：以豬糞尿厭氧消化處理為先驅，持續開發烹調、發電 及運輸。 此外，經濟部及環保署亦協助再生能源業者開發國內垃圾掩埋場沼 氣發電計畫，並以台電公司配合購電之方式，推動生質能發電。 ※厭氧消化(Anaerobic digestion)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。

21 參考文獻 /324/1/ pdf %B3%E7%94%B0&espv=2&biw=1366&bih=599&source=ln ms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiFw42qqt7JAhXDKpQKH W2nDEkQ_AUIBigB&dpr=1#imgrc=s7Zt9Eu4VMrAMM%3A tw/%E7%94%9F%E7%89%A9%E8%B4%A8

22 參考文獻 bioethanol 能源教育知識網 教育部能源科技人才培訓網