生質能是什麼?發電量居然相當於1,000架離岸風力發電機!

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       提到綠電我們大多數人只知道太陽能和風力發電,但很少人知道生質能是全球綠電/再生能源家族中重要的一員,其貢獻僅次於水力發電及風力發電。

生質能是什麼?

       在遠古時代,人類燒木材、燒牛糞煮飯或取暖,拿單純的廢棄物當燃料,就是最直接了當的「生質能」。當時人口並不密集,雖然沒有空氣污染防制設備,但並不會構成嚴重的空污問題。這樣的生活方式,也就是標準的循環經濟。資源回收不需要倡議,重複利用也不需要宣導。

       利用動植物作為燃料,燒完之後灰燼又回到大自然,本身就是循環再利用。用正式的說法,生質能指的是由生質物(biomass)經轉換後而產生之能源,這可以指任何來自動物、植物、藻類等有機物質,而這些物質經轉換後可以作為能源使用。(註一)

生質能有三種

       生質物就是「生物+物質」(biomass),所以也就有一般物質的「三態」:氣態、液態、固態。它有非常多樣化的技術選項與應用型態(註二),用來發電或當作替代燃料。

第一種:氣態生質能,包含沼氣、合成氣,沼氣目前還有FIT綠電保價收購

       氣態生質能常見的種類包含沼氣(biogas)及合成氣(syngas)。沼氣就是把垃圾掩埋場的垃圾、廚餘、污泥、動物糞便、農林廢棄物等各種生物質中的有機物,以厭氧發酵程序所取得的氣體,主要組成為甲烷。臺灣目前已有很多養豬戶會把豬糞轉為沼氣,再來發電,且其綠電保價收購制度(Feed-in-Tariffs, FIT)拿得比其他再生能源還高!經過很好的管理,不會產生環境的問題,把垃圾變黃金,還可以算是循環經濟的典範,發完電之後,液體的部分成為沼液,固體的部分成為沼渣,可以澆灌在農地裡,當肥料的一種。

       目前沼氣在臺灣的產業發展面臨規模經濟的問題,因為本地養豬戶養的豬隻幾乎都在5,000頭以下,但5,000頭豬產生的排泄物不會太多,用小型沼氣發電設備就足夠,而若干國家養豬戶隨便一養就是幾萬頭,沼氣的發電量夠大,才稱得上規模經濟,當然這也就是為什麼本地的沼氣綠電收購價比太陽能、風力發電還高的原因!不過政府現在希望由台糖帶頭,讓養豬戶規模變大,再加上臺灣回收做得好且農業體系完整,未來也可能像歐盟一樣,生產沼氣的原料不再侷限於豬糞,而會擴大到廚餘與農林廢棄物,這是兩個可能的機會點。

       合成氣則是經過氣化技術在高溫、低氧環境中進行化學反應,將生物質轉換成的氣體,這種氣體也可用於發電。不過由於氣化的技術門檻較高,在臺灣有長期運轉的案例非常有限,要計算出所需要的收購價格,還需要更多的資訊,目前只能用最低的生質能躉購費率收購,也因此就無法構成產業投產的誘因。

第二種:液態生質能,包含生質酒精、生質柴油

       液態生質能常用作法是做成生質燃料(biofuel),種類包含生質酒精(bioethanol)及生質柴油(biodiesel)。生質酒精是利用微生物當媒介,把甘蔗、玉米、木薯、甘藷等物質之醣分經由發酵作用轉化成酒精。生質柴油則是將油籽作物(如大豆、油菜籽及棕櫚油)、廢棄食用油、動物脂肪等經過轉酯化而成為燃料,所謂「能源作物」,指的就是油籽作物。

       生質燃料使用農作物作為原料很自然。然而,若將人可以吃的玉米拿去煉油,就產生了「汽車和人搶食物」,甚至「富人和窮人搶食物」的道德問題。隨著技術突破,現在趨勢改使用農業廢棄物為原料。

       當然,隨著汽油或柴油車逐步被電動車替代,車用生質燃料的發展前景自然受到影響。不過還是有一個機會,目前沒有發展出電動飛機,所以國際航空運輸協會IATA仍然鼓勵使用生質航油,這是未來生質燃料的重要發展方向。

第三種:固態生質能就是焚燒有機廢棄物,各種垃圾都可以拿來發電,潛力無窮

       新聞常看到廢塑膠、廢橡膠、廢紙、廢木材、廢纖維、污泥、農業廢棄物例如蔗渣、稻殼、花生殼,甚至一般垃圾都拿去燃燒發電,或是經過篩選程序,去除不適合燃燒的物質後,拿來作為工業鍋爐燃料以產生蒸氣發電、供熱,這些大概就是固態生質能(solid biomass)了吧?

       是的!例如英國Drax電廠就是全球知名的生質能電廠,以木質顆粒、向日葵剩餘物、廢棄橄欖、花生殼、油菜粉等各種固態生質物為燃料,一座生質能電廠的發電量,居然可以相當於1,000架離岸風力發電機!(註三)

       每天你我製造那麼多的垃圾,要馬上進入循環經濟很難來得及,透過焚化處理恐怕是最有效率、且能回收能量的處理方式。焚燒垃圾雖然不見得是最佳解,但這樣的轉化也是生質能的一種形式,且在臺灣這樣的發電量非常可觀,根據環保署的資料,2018年臺灣焚化爐發電量達到33.6億度,約能提供760,000戶家庭一年的發電量。

生質能在臺灣發展得如何呢?

       城市垃圾有諸多成分,其中有六至七成具有生質物的特性,若垃圾分類落實,焚化爐燃燒的垃圾可以視為基本上是有機物為主的生質物。但由於現代社會產生的垃圾成分較為複雜,因此也有不同主張存在。然而,依據《再生能源發展條例》的定義,燃燒垃圾產生能源,屬於再生能源。所以焚化爐發電,可算是再生能源,在臺灣,一年發電量超過三十億度。

       經濟部與環保署歷年來的計畫中也包括建立「生質能中心」,或促進「生質能與環保產業」,譬如桃園市正在建設生質能源中心。《台灣垃圾快沒地方丟了!水泥再掀話題因為這位大戶將進場掃貨》文中談到的「水泥窯燒垃圾」,也是同一邏輯。

燒塑膠算生質能?

       基本上,塑膠是化學聚合物,雖然也是含碳的有機物,但通常燃燒塑膠不視為生質能,惟燒塑膠能夠以能源化的方式再利用,減少棄置於環境的可能性,就目前科技水準而言是最可行的做法,也是不折不扣的「再生能源」。即便是環保意識最為先進的歐盟,在其塑膠循環利用的近程規劃中,也將回收塑膠以焚化處理取代掩埋列為一個重要的過渡選項。

塑膠回收不就好了嗎?

       很多人對循環經濟的概念是,一個寶特瓶回收再製之後,出來的還是一個寶特瓶,而不是出現其他的東西。但循環經濟的重點是流動,包括物質流、能量流、金錢流、資訊流。生質能挑戰我們僵化的思維,把資源轉化成為能量。燒掉再利用較有效率,就能源化;材料轉化利用較有效率,就資源化,不一定非得要寶特瓶進,寶特瓶出。為了讓大家有個參考點,國際上通用的評估方式並不是用感覺,而是要用科學的生命週期分析(Life-cycle assessment),計算出來哪種方式更有效益,就用那種方式。

       生質物該資源化或能源化,可能複雜化我們對循環經濟的認知。至少現在我們學到,不需要再執著某個物質一定要能源化還是資源化,使用最有效率的方式處理就是了。

       看完這篇文章相信可以幫助你脫離一知半解,不再靠著吸收碎片化的知識或資訊,片面解讀生質能。如果您還想了解更多,也歡迎加入綠色創業家社群 ,跟我們聊聊喔!建議用手機點選連結,或者掃描下方與我們同步QR Code。

 

(註一)這是根據國際能源總署(IEA)、REN21、全球生質能源協會(World Biomass Association, WBA)等對生質能的定義

(註二)了解更多http://www.biomassdesk.org/category/newknowledge/ 

(註三)https://youtu.be/wjMkd5nRriU

 


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