第二章 生物循環模式
在全球氣候變遷、地球資源枯竭、自然環境的退化下，全球極需要一種 不同於以往的全新經濟發展策略，以有效解決目前全球面臨之種種困境，多 數國內外相關研究已證明投入循環經濟發展之效益與產業的可行性。生質 物是由各種動植物和微生物有機體，藉由光合作用將太陽能轉化為化學能 形式儲存於生物體中的能量形式，做為物質資源或再生能資源因其成分來 自天然動植物，所以使用過程對環境相較危害性較低，最後還可藉由直接或 間接掩埋的處理過程回歸自然體系，且其生長過程可減少溫室氣體中二氧 化碳的累積。
生質物資源的應用領域可分為五種，第一種是作為健康食品、食用油、
精油、香料、食品添加物等項目之糧食(Food)；第二種為應用於衣物、寢具、
汽車零件、斷熱材等項目之纖維(Fiber)；第三種是作為油渣、植物莖、加工 殘渣等項目之飼料(Feed)；第四種為應用於碳化或碳化（土壤改良劑、水質 浄化劑等）、堆肥等項目之肥料(Fertilizer)；第五種則是作為生質酒精、顆粒 燃料等項目之燃料(Fuel)。一般情況下會優先將生質資源應用於食用、衣著 等用途，當其他用途有應用瓶頸時，才會考慮排列順序最後的燃料能源化應 用 進行熱能回收(Thermal recovery)，以此降低生質材料所產生的最終處置 量或處理成本。
生物循環模式中，主要倡導的是物質在自然界中的流動應用，產品應在 經過重複使用、堆肥、分解萃取、細菌發酵作用等方式後，能夠回歸到自然 界中成為資源的一種模式，讓所有資源都會被利用7。以圖2.1 為例，此模式 以有機農法為基礎，結合生活與農禽工作的循環模式，以人類活動產生之低 濃度污水、有機固體廢棄物及人類糞便等，直接或間接經過堆肥等方式，作 為農業用途使用，而農業活動產生之廢棄物則可以做為飼料供養殖使用，或 經過堆肥重新做為肥料使用，能源部分則以養殖之高濃度污水或農業有機 固體廢棄物進行沼氣發電供用戶使用。
7 黃育徵，循環經濟／剩食也可以變黃金，天下雜誌，2015 年 08 月。
第二章 生物循環模式
在全球氣候變遷、地球資源枯竭、自然環境的退化下，全球極需要一種 不同於以往的全新經濟發展策略，以有效解決目前全球面臨之種種困境，多 數國內外相關研究已證明投入循環經濟發展之效益與產業的可行性。生質 物是由各種動植物和微生物有機體，藉由光合作用將太陽能轉化為化學能 形式儲存於生物體中的能量形式，做為物質資源或再生能資源因其成分來 自天然動植物，所以使用過程對環境相較危害性較低，最後還可藉由直接或 間接掩埋的處理過程回歸自然體系，且其生長過程可減少溫室氣體中二氧 化碳的累積。
生質物資源的應用領域可分為五種，第一種是作為健康食品、食用油、
精油、香料、食品添加物等項目之糧食(Food)；第二種為應用於衣物、寢具、
汽車零件、斷熱材等項目之纖維(Fiber)；第三種是作為油渣、植物莖、加工 殘渣等項目之飼料(Feed)；第四種為應用於碳化或碳化（土壤改良劑、水質 浄化劑等）、堆肥等項目之肥料(Fertilizer)；第五種則是作為生質酒精、顆粒 燃料等項目之燃料(Fuel)。一般情況下會優先將生質資源應用於食用、衣著 等用途，當其他用途有應用瓶頸時，才會考慮排列順序最後的燃料能源化應 用 進行熱能回收(Thermal recovery)，以此降低生質材料所產生的最終處置 量或處理成本。
生物循環模式中，主要倡導的是物質在自然界中的流動應用，產品應在 經過重複使用、堆肥、分解萃取、細菌發酵作用等方式後，能夠回歸到自然 界中成為資源的一種模式，讓所有資源都會被利用7。以圖2.1 為例，此模式 以有機農法為基礎，結合生活與農禽工作的循環模式，以人類活動產生之低 濃度污水、有機固體廢棄物及人類糞便等，直接或間接經過堆肥等方式，作 為農業用途使用，而農業活動產生之廢棄物則可以做為飼料供養殖使用，或 經過堆肥重新做為肥料使用，能源部分則以養殖之高濃度污水或農業有機 固體廢棄物進行沼氣發電供用戶使用。
7 黃育徵，循環經濟／剩食也可以變黃金，天下雜誌，2015 年 08 月。
圖2.1 中國四川省成都市安龍村有機農法8
綜上所述，生物循環模式是以生物原料為體系，多是由可在環境中分解 的物質組成，以生物層級而言，生質物原料通常會於多層次的梯級循環 (Cascades)中應用，盡可能使用其本身的價值，然而對梯級產業而言剩餘無 應用價值的廢棄生質物原料中，還存在含有提取價值之特別生化性質的成 分，可藉由生化萃取等技術作為原物料來源，最後可經由厭氧消化處理將廢 棄生物性原料轉化為堆肥及沼氣，並以肥料與能源的形式回歸生態圈9，如 圖2.2所示。爰此，本章將分別以循環經濟之生物循環圖中的層級應用、生 化原料應用及生物能源應用等三層級進行介紹。生物層級應用中，主要是以 再利用的方式直接使用生質物作為原物料應用。生化原料應用中，主要是以 生物精煉之相關技術提取生質物中的非能源類化學品為主。最後生物能源 應用中，主要是將生質物以直接使用或間接萃取的方式，進行能源類相關產 品的生產製造。
8 陶曉怡，農村生活也能兼顧生態 探訪中國生態村–四川安龍，2013 年 04 月。
9 財團法人中技社，循環經濟的發展趨勢與關鍵議題，2015 年 12 月。
圖2.2 生物循環10
10 艾倫麥克阿瑟基金會，https://www.ellenmacarthurfoundation.org/。
圖2.1 中國四川省成都市安龍村有機農法8
綜上所述，生物循環模式是以生物原料為體系，多是由可在環境中分解 的物質組成，以生物層級而言，生質物原料通常會於多層次的梯級循環 (Cascades)中應用，盡可能使用其本身的價值，然而對梯級產業而言剩餘無 應用價值的廢棄生質物原料中，還存在含有提取價值之特別生化性質的成 分，可藉由生化萃取等技術作為原物料來源，最後可經由厭氧消化處理將廢 棄生物性原料轉化為堆肥及沼氣，並以肥料與能源的形式回歸生態圈9，如 圖2.2所示。爰此，本章將分別以循環經濟之生物循環圖中的層級應用、生 化原料應用及生物能源應用等三層級進行介紹。生物層級應用中，主要是以 再利用的方式直接使用生質物作為原物料應用。生化原料應用中，主要是以 生物精煉之相關技術提取生質物中的非能源類化學品為主。最後生物能源 應用中，主要是將生質物以直接使用或間接萃取的方式，進行能源類相關產 品的生產製造。
8 陶曉怡，農村生活也能兼顧生態 探訪中國生態村–四川安龍，2013 年 04 月。
9 財團法人中技社，循環經濟的發展趨勢與關鍵議題，2015 年 12 月。
圖2.2 生物循環10
10 艾倫麥克阿瑟基金會，https://www.ellenmacarthurfoundation.org/。
2.1 生物層級應用
「層級應用」的概念一改過往廢棄物處置與加值應用的選項，在循環經 濟發展中層級應用之策略不僅能協助產業面對經濟與環境之挑戰，創新更 能節省成本及創造價值。生質物資源是只要有太陽光及水就可藉由光合作 用生産，是一個可再生的資源，且即使將其燃燒，也只是將取自大氣中進行 光合成所固定的二氧化碳再送回大氣中，對二氧化碳的増減不會有影響，具 碳中和(Carbon neutral)之優越性質。
目前國內在生物循環模式之發展尚有進步空間，針對加強自然資源利 用效率的層級應用探討不多。但於現階段使用木材作為再生原料及木材廢 棄物處理的技術已經有不錯的發展，例如：從源頭投入廢棄木材作為板材原 料的技術，其由混合木料與塑膠所製成，被現行市場廣泛應用的「環保木材 塑膠複合材」。另外，德國慕尼黑工業大學的木材科學研究團隊，在2017 年 底提出一份報告，證實一種名為「層級應用(cascading)」的資源階段性應用 策略，可以有效降低木材從投入加工生產，至最終被完全消耗過程中的能源 損耗，並同時提高木材的利用效率。模擬木材層級應用的過程如圖2.3所示。
研究人員將木材的物質生命週期設定從原木開始，最終燃燒產生能源結束，
過程中可產生出四種不同階段的產品，分別是：原木/單板產品、刨花板產 品、纖維產品及化學產品等。一般情況下，依市場的需求不同，業者可將木 材資源投入任一階段進行產品生產，但層級應用的概念是將四種不同的階 段串連在一起，從生產原木/單板產品開始，將生產後剩餘的資源經回收、
分類、處理後，重新使用於階段1 或投入階段 2（刨花板產品）進行生產，
再重複回收、分類、處理的過程，依序進入階段3（纖維產品）與 4（化學 產品）直至最後燃燒產生能源11。
11 行政院農業委員會農業科技專案計畫服務網，循環經濟的一種：比量販店還省的木材資 源層級應用，2018 年 03 月。
圖2.3 層級應用下各階段木材加工應用12
12 行政院農業委員會農業科技專案計畫服務網，2018 年 03 月。
2.1 生物層級應用
「層級應用」的概念一改過往廢棄物處置與加值應用的選項，在循環經 濟發展中層級應用之策略不僅能協助產業面對經濟與環境之挑戰，創新更 能節省成本及創造價值。生質物資源是只要有太陽光及水就可藉由光合作 用生産，是一個可再生的資源，且即使將其燃燒，也只是將取自大氣中進行
「層級應用」的概念一改過往廢棄物處置與加值應用的選項，在循環經 濟發展中層級應用之策略不僅能協助產業面對經濟與環境之挑戰，創新更 能節省成本及創造價值。生質物資源是只要有太陽光及水就可藉由光合作 用生産，是一個可再生的資源，且即使將其燃燒，也只是將取自大氣中進行