生质能源.docx

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生质能源

什么是生质能源

近年来由于二氧化碳等会造成温室效应的气体排放遽增，引起全球暖化现象，使得热污染问题广受重视，于是如何寻求新且洁净的生质能以供未来使用，乃成为一个重要的议题。

根据国际能源总署的统计，目前生质能是全球第四大能源，仅次于石油、煤及天然气。

生质能供应全球约14％的初级能源需求，也提供了开发中国家35％的能源，是目前最广泛使用的再生能源。

生质能就是利用生质物经转换所获得的电与热等可用的能源。

生质物则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荚、玉米穗轴、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、造纸黑液等。

生质能是一种再生能源，与风能、太阳能一样具有取之不尽、用之不竭的特性。

与其他再生能源比较，生质能的优势包括技术较成熟、有商业化运转能力、经济效益较高、且因使用材料为废弃物，故兼具废弃物的回收处理与能源生产的双重效益。

而且，生质能可并用在传统能源供应的架构中，例如生质柴油可与市售柴油混合使用、气化系统可与汽电共生或复循环发电系统结合等。

有几种方法能将它转变成有用的能源

生质能利用的技术范围相当广泛，其转换为能源的方式可概分为直接燃烧技术、物理转换技术、热转换技术与化学／生物转换技术。

直接燃烧技术是把废弃物直接燃烧以产生热能与电力，例如现有的大型垃圾焚化厂，以焚化垃圾发电。

物理技术是把废弃物经破碎、分选、干燥、混合添加剂及成型等过程，制成易于运输及储存的固态衍生燃料，作为锅炉、水泥窑的燃料，如纸厂把废弃物制成锭型的固态燃料，作为燃煤锅炉的辅助燃料。

热转换技术是指把废弃物利用气化与液化等热转换程序产生合成燃油或瓦斯，作为燃烧与发电设备的燃料。

例如废保丽龙或废塑料回收燃油作为锅炉的燃料；又如稻壳、能源作物或废纸渣可制合成燃气，进行燃气发电。

化学／生物转换技术，是指经酦酵、转酯化等生物化学转换程序以产生沼气、酒精、生质柴油、氢气等，作为引擎、发电机与燃料电池的燃料。

例如垃圾掩埋场废弃物、工业或畜牧废水经酦酵产生沼气可以发电；又如废食用油经转酯化反应可产制生质柴油，作为汽车的替代燃料等。

将生质物转化为类似煤、油、天然气的衍生燃料，易于储运并可提高能源效率，降低污染，同时可与资源回收系统结合，节省废弃物处理成本，使生质能技术极具市场竞争力。

http:

//www.epa.gov.tw/children/m_4.htm

生质物发电较为成熟的各种技术。

固态衍生燃料技术

传统的生质物／废弃物能源利多以直接燃烧或焚化产生热量，再经由热回收设备产生蒸气或热水。

然而新的生质物／废物能源利用技术须考虑废弃物复杂的种类及性质、废弃物料源的稳定性、运输与储存的技术与经济、相关法规的限制以及整体系统的能源与环保效益等因素。

因此，除性能提升与成本降低外，把生质物／废弃物转化为不同形式的废弃物衍生燃料，乃成为主要的趋势。

在转化为不同衍生燃料时，属物理转换技术的固态衍生燃料技术，即属热转换技术的液化技术与气化技术，被视为是高效率、低污染且可扩大废弃物利用范围的新技术。

固态废弃物衍生燃料是把生质物／废弃物在热转换前先进行破碎、分选、干燥、混合添加剂及成型等过程，制成锭型燃料，再供燃烧、气化、液化等利用。

其特性颗粒大小一致、热值均匀（大约是煤的三分之二）、在常温下可储存6∼12个月而不会腐化、易于运输及储存、可直接应用于机械床式的锅炉、流体化床锅炉及发电锅炉等。

现阶段国外多以都市垃圾为固态衍生燃料的来源。

固态衍生燃料在应用上对环境、能源利用效率、污染防治费用均优于直接焚化系统。

目前欧盟各国所产制的固态衍生燃料总量已达每年三百万吨。

日本的发展也已有十年以上，每年都有新的制造厂完工运转，截至二○○二年底，已有53座固态衍生燃料制造厂在运转中，直到二○○五年达62座。

国内，工研院能资所已成功开发固态衍生燃料制造技术，并移转给业者；同时，能资所在经济部能源委员会的支持下也与花莲县政府合作，在丰滨乡建造了国内第一座都市废弃物固态衍生燃料制造示范厂，进行示范运转。

液化与气化技术

液化程序是指生质物／废弃物经无氧热裂解制成液态燃料。

液态衍生燃料多以分选过的废塑料或废橡胶为料源，经过热裂解产生油

气，再经过冷凝后成为合成燃油与燃气。

这项技术的优点是产品易于储存运输且系统容量不大，具经济性；其缺点则在于因需维持燃油的产率，裂解温度不能太高，大约是摄氏300∼500度。

另废弃物中含有重金属与硫、氯等成分，会部分残留在产品内，而限制产品的用途。

同时废弃物中若杂质过多或成分复杂，会造成产品性质不稳定。

国内现况，纳入资源回收的废弃物与工厂下脚料等种类较单纯的废塑橡

胶，都是液化合成燃油的适合料源。

新近发展的快速裂解技术是在高温、缺氧状态下，快速加热废弃物，并快速冷凝所产生的气体，以获得合成燃油，且其产品非仅限于能源产品，也可生产高附加价值的特用化学品。

气化技术是在高温下进行非催化性的部分氧化反应，把含碳物质，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。

经气化反应所产生的可燃气体包括一氧化碳、氢气、甲烷等，可作为锅炉与发电机组的燃料；另部分燃料油、焦碳、焦油、灰

份等产物，可供作其他用途，气化所生产的燃气，也可转化为甲醇，使用在燃料电池中。

根据预测，在一九九九至二○○八年间，欧洲生质物／废弃物气化系统数量将占全球42％。

欧洲气化技术市场增加的主要原因于欧洲地区的废塑料、废汽车可燃物、废电子产品可燃物等消费性废弃物大量增加；另外工厂也希望藉由销售废弃物能源以获取

更大的利润，因此应用气化反应技术乃成为各国在处理废弃物时不错的选择，同时也符合对环保的高度要求。

沼气利用技术

沼气的产生主要是藉由细菌把废弃物中的有机物质分解以得到可燃性气体，主要成分是甲烷、二氧化碳及少量硫化氢。

分解有机物的

细菌可分为好气菌与厌气菌两种，当氧气充足时，好气菌会把有机物

分解，所产生气体大都是二氧化碳，称之为好气发酵；相反地，若在

缺氧状态时，则由厌气菌负责把有机物分解，产生沼气，称之为厌气

发酵。

沼气是一种相当好的能源，甲烷含量约在50∼80％之间，所含的热值通常在5,000千卡／立方公尺以上，属中热值气体，且有抗爆等特性，极适合于燃烧或引擎的使用。

生质柴油技术

利用油脂作物或废食用油与甲醇（或乙醇）进行转酯化反应，可产生脂肪酸甲酯（或乙酯）及甘油等产物；经分离甘油后，以蒸馏去除未反应完全的油脂，产生与一般柴油质量相当的液态燃料，称为生质柴油。

反应后甲基酯化油产量约和原料相似，但增加副产物甘油，所有

的成本主要来自废食用油的费用，约占四分之三。

由于使用生质柴油的引擎排气不含铅、二氧化硫、卤化物，并能大幅降低碳烟、硫化

物、未燃碳氢化合物、一氧化碳及二氧化碳，目前已成为世界各国积极发展的生质能。

自从一九八五年由奥地利在Styria建立首座转酯化试验工厂，成功地应用于农业后，已将生质柴油推展至全世界。

目前比利时、法国、德国、意大利及美国等每年的生质柴油产量已超过十万公吨，至于日本只有少量的生质柴油是以废食用油为原料生产。

依国外的经验，生质柴油可直接作为柴油的替代燃料，或以不同比例掺配于市售柴油中（一般建议掺配20％）。

若掺配20％于市售柴油

中可降低约20％的二氧化碳排放量；由于生质柴油中约含11％重量比的氧，故在燃烧中会改善燃烧效率。

诸多文献亦显示，纯生质柴油或

添加生质柴油的油料，可大幅降低柴油引擎所排放的黑烟、未燃碳氢化合物、一氧化碳、以及多环芳香烃等毒性物质。

生质能可改善环保问题

由于多年来人类活动产生大量温室气体（如化石燃料使用所产生的二氧化碳），这些温室气体持续累积在大气中，已经使全球气候发生高温、豪雨及干旱的异常气候而农林业废弃物如果在自然界中腐败，会产生比二氧化碳所产生温室效应程度还强二十多倍的甲烷气体，所以如果能够妥善将这些废弃物转成生质能利用，还可以大量减少甲烷的产生，带来有效减少温室气体的效益。

目前全球为了减缓地球气候变迁问题，多数工业国已承诺进行温室气体排放的减量工作各国正积极推动温室气体减量策略如提高能源效率及开发再生能源，其中如漂流木等可归类为自产生质能的木材废料，也是开发的重点。

虽然木材发热值不高，仅与低级的煤，但是使用上灰量及硫量都比煤要低，可说是比煤炭干净的能源，而其燃烧所造成的二氧化碳排放与生质的栽种生长所造成的二氧化碳吸收可相互抵消，估计每使用一千公升生质柴油约可比同量的传统柴油减少二点五到三点二吨的二氧化碳排放量。

表二废弃物替代能源特性参考数据

项目

碳含量（%）

氢含量（%）

热值（千卡/公斤）

橡胶轮胎

77.5

8.5

6，950

混合塑料

76.7

9.4

7，850

织品破布

44.5

5.7

3，800

木材木屑

45.1

5.6

3，850

混合纸料

39.0

5.2

3，800

油脂

74.0

11.0

8，700

面粉

34.0

5.0

2，600

稻谷

-

-

3，600

数据源：

（一）中技社节能技术发展中心，。

（二）周楚洋，”农业废弃物处理之回顾与前瞻”，ProfessorTakasaka纪念研讨会文辑，民国八十七年。

生质能对我国能源供应的重要性

 世界初级能源蕴藏量统计

能源别

项目

石油

天然气

煤炭

铀

蕴藏量

10，529亿桶

146兆立方公尺

9，842亿公吨

253万公吨

产量（1998年）

257亿桶

2.3兆立方公尺

45亿公吨

---

可使用年数

41年

63年

218年

77年*

备注：

*表示铀蕴藏量以目前技术而言，可使用77年，惟考虑使用过之核燃料在处理回收后重复运用，则其使用年数可增加五倍。

数据源：

经济部能源委员会，民国八十七年九月。

一、国际能源供应的枯竭：

根据美国能源部能源信息署预估，世界初级能源可使用年数，石油仅能使用四十一年，天然气也只能再使用63年，而煤炭尚可使用218年。

二、我国能源高度依赖进口：

我国自产能源有限，对进口能源依存度由民国68年的百分之八十二点二上升到民国88年的百分之九十六点七，至民国89年更上升到百分之九十七点一。

显示目前台湾地区极度缺乏自产能源，能源供应越来越仰赖进口。

展望未来，随着经济发展的需要，可预见自产能源的比例仍将持续下降。

三、寻求能源多元化是国际趋势：

1987年至1997年，世界总初级能源消费之年平均成长率为百分之一点五，至1998年，世界能源消费总量已达84亿780万公吨油当量。

由于能源蕴藏量有限，且消费量仍然持续成长，又加上能源蕴藏分布并不平均，使得能源供给市场形成独占或寡占，影响能源供给充裕及价格稳定。

能源供应高度仰赖进口的国家，为了避免能源供应受制于人，都倾向以「能源多元化」的方式分散国家能源供应风险。

四、生质能适合被加入能源选项：

为了开发自产能源、净洁能源并达到「能源多元化」的目标，现在许多国家开始积极推动水力、风力、太阳能及生质能等再生能源。

我国水力发电资源已发展多年，可开发潜力已相当有限，而许多人想积极推动的风力和太阳能，虽然具有干净、环保的优点，但因不易应用、受气候条件限制、供应不稳定及发电密度不足的问题，实际使用上有许多瓶颈尚待突破。

所以目前国际再生能源的发展中，虽然以风力发电的成长最快，但相对可稳定供应又有环保、永续优点的生质能，已被认为可能更有发展潜力。

生质能源转换系统国内现况

能源局国内生质能发电的规划，包含都市废弃物发电、沼气发电、农

工废弃物等2003年生质能发电装置容量为521MW，占发电总装置容量之1.16%。

预计2008年生质能发电装置容量为646MW，占发电总装置容量之1.34%，2010年生质能发电装置容量为741MW，占发电总装置容量之1.44%。

至1999年生质与废弃物焚化发电之装置容量已达196MW，2000-2004年间应又有约190MW的新装置容量陆续上线，目前尚无商业化之电浆气化发电系统。

生质能的好处，可以条列如下：

１．能源危机，减少对石油类能源的依赖，同时增加自产能源，有助于能源自给。

２．能的原料「生质」，可以说是取之不尽，用之不竭，而且随处都是。

３．生质能即减少废弃物对自然环境的污染，同时减轻垃圾污水及公害问题。

４．生质能可有效利用资源，如之废物利用，等于增进资源运用的效率。

举我国为例：

台糖竹南养猪厂利用猪排泄物，予以转化产生沼气，设立首座沼气发电厂。

生质能具备下列优点

（1）提供低硫燃料，

（2）提供廉价能源（于某些条件之下），

（3）将生质转化成燃料可减少环境公害（例如，垃圾→燃料），

（4）与其他非传统性能源相较，技术上之难题较少。

至于其缺点则有：

（1）植物仅能将极少量之太阳能转化成生质，

（2）单位土地面积之生质能密度偏低，

（3）缺乏适合栽种植物之土地，

（4）生质之水分偏多（50~95﹪）。

结论

虽然目前我们使用的能源有很多，像是石油、天然气、煤、及核能等，但是我想生质能在以后的发展空间一定会越来越大，虽然目前它还不是我们常使用的能源，但它却具有回收废弃物及减少环境公害的功能，这样可以减少我们对地球的污染，而且由于现在的石油日渐飙涨，使得每一个国家不得不在寻找新的能源来替代石油，而生质能却能将油脂作物或废食用油转换成生质柴油，这样不但能自给自足而且也减少对石油的依赖性，所以生质能一定会成为每个国家要开发及研究的一项能源。

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