生質能扭轉綠電困境,能源「王室」三太子燒垃圾創造綠電奇蹟!

綠色帶路人的心底話


(Photo by: The Week)

  近年重要國際大企業紛紛宣示自己的綠能目標,今年(2020)台積電、鴻海等企業陸續宣布在2050年之前要達到碳中和。不僅是企業,歐盟、中國大陸、日本、韓國等政府也陸續宣布了碳中和計畫,美國政府是否會在明年(2021)宣布,各界正拭目以待。

  「碳中和」就是「名義上不製造額外的溫室氣體」。想要達到碳中和的目標,綠電是非常關鍵的要件,除非我們不再用電了。台積電、鴻海都宣布要達到碳中和,在全球各地的生產基地就必須有足夠的綠電可用,這也告訴我們,臺灣如果沒有足夠的綠電供應,就無法在越來越綠的國際供應鏈上扮演角色了。

綠電包含再生能源,但再生能源不等於全部的綠電

  綠電就是太陽光電和風電嗎?根據美國環境保護署的定義,綠電包括太陽能、風力、生質能、地熱、沼氣以及小型水力發電等,只要產生的碳排放很低、甚至是零的發電型式,就是綠電。

  臺灣《再生能源發展條例》定義再生能源則為:太陽能、風力、生質能、地熱能、海洋能、非抽蓄式水力、國內一般廢棄物與一般事業廢棄物等直接利用或經處理所產生之能源,或其他經中央主管機關認定可永續利用之能源。

  綠電包含再生能源,而再生能源不等於全部的綠電,不管怎麼變,生質能都不變。我們大多數人只知道太陽能和風力發電,在《環保流言終結者—燒垃圾真的不環保嗎?》中我們第一次介紹生質能出場,因此很少人知道,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(註一),用來發電或當作替代燃料。

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。

液態生質能包含生質酒精、生質柴油,一開始有倫理爭議,隨著技術進步,現在已經可當車用燃料的替代品

  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。

固態生質能包山包海,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!(註二)

  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。

焚化爐燃燒垃圾發電真的可以算生質能嗎?燃燒塑膠呢?

  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。因此,雖然有不同主張的存在,焚化爐燃燒垃圾仍可以視為廣義的生質能。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。

垃圾轉換為生質能可以理解了,但是燒塑膠能算生質能嗎?

  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。

  我們應該在意的重點是:在一般使用生命週期中已經成為「廢棄物」的物質可否透過轉化,成為能源,發揮良好的效益。這就是接下來要登場的固體再生燃料(Solid Recovered Fuel, SRF)。下一篇,我們繼續展開介紹什麼是SRF。

(註一)了解更多http://www.biomassdesk.org/category/newknowledge/ 

(註二)https://youtu.be/wjMkd5nRriU

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