1.1 引言
台灣地處亞熱帶，雨水豐沛、高溫多濕，適合水稻生長，全島整年無 霜期長，目前灌溉系統相當完善，栽培早熟及中熟品種一年可收穫兩 次(高屏地區甚至年可三穫)，又水稻不忌連作，故大部分地區稻米栽 培皆有連續兩期作栽培的制度；台灣於 1980 年後因政策修改，稻米 生產以品質為考慮要點，栽培面積逐年降低至今約 32 萬餘公頃，不 過目前仍是我國最重要的糧食作物。
稻草為生產稻穀的副產品，產量與稻穀相近，一年約 200 萬公 噸，以往以回收再利用的方式，將其處理掉，例如作成稻草人、繩索、
草袋、紙張，或是拿來敷蓋屋頂、運送到日本作成榻榻米，或者變成 動物飼料、肥料、栽培介質等等，避免農民進行下期插秧前的引水進 田，因稻草浮露土表，帶來排水溝堵塞及秧苗被覆蓋等問題。
近年來農村人口老化、勞力不足，以及稻草用途減少或被取代，
所以農民直接將稻草焚燒掉，導致每年收割期 7~8 月以及 10~11 月空 氣污染嚴重，危害交通秩序與人體健康；此問題存在將近 20 年，現 今雖已訂定法規處罰這樣的行為，和實施「稻草掩埋處理技術」將稻 草還田，但仍然無法約束農民。
1.2 稻草掩埋處理技術簡介
在稻田收穫時，可利用聯合收穫機附掛切割機將稻草切成 6~9 公分，均勻散落於田面，待其曬乾後(約 2 天)以迴轉犁拌入土中，約 20 天後逐漸分解，釋放出氮、磷，鉀與各種微量元素；台中區農業
改良場分析，每公頃稻草含氮量約 28 公斤、磷酐 10 公斤、氧化鉀 63 公斤及大量矽等，這些養分有助水稻增產，並且能夠改善土壤的 物理與膠體性質、增加土壤總孔隙度和降低土壤容量，有益微生物的 繁殖，可謂最天然最有價值的有機質資源。
實施稻草掩埋處理作業時，有以下注意事項：
1. 稻草掩埋後要有足夠的時間讓其分解，一般是掩埋後保持旱田 狀態兩週，避免積水產生有機酸等物質。
2. 在排水不良的土壤或期作間隔太短時不宜採行。
3. 酸性土壤掩埋稻草時，要配合施用石灰資材，更可改善土壤理 化性質。
4. 在病蟲害發生嚴重的地區或期作，不宜實施就地掩埋作業。
5. 稻草掩埋入土後，初期由於微生物分解時會掠奪土壤中的氮 素，可能影響下一期作物的生長，因此施用基肥時可增施氮肥。
對於此技術和注意事項，許多農民指出，在第一期收割結束後時 常無法進行，因緊接開始第二期插秧，稻草沒有足夠的時間分解，其 長纖維便容易損傷耕作機器，若是又必須自行出錢請人及機器來作 業，就更不願意配合。
1.3 國外稻草處理實例與 RDF-5
凡生產稻米的國家，絕大部分與台灣相同，避免不了因經濟發展 而產生的稻草問題；以下介紹國外處理稻草的方式。
1. 作成手工藝品，像是草蓆草帽。
2. 作成磚塊、排水系統保護墊、賽車場防護墊、燃燒棒填充物。
3. 英國、美國、加拿大、澳洲、日本、中國大陸把稻草作為樹
根基部覆蓋、堆肥、昆蟲培養、菇類栽培、動物舖墊、霜害 控制。
4. 西班牙[16]設立了一家一年可處理 500 噸稻草的處理廠，輾 碎稻草加入泥漿，經淨化後與其他有機化學物質混合，製成 有機肥料。
5. 在化學用途上，有水解分解、合作氣體、酒精及纖維板製造。
6. 美國一位何查波教授[17]以生物及化學的方法，將各種廢棄 物包含稻草，轉變成動物飼料、有機酸、酮及酒精等的產品。
7. 加拿大建立農林業廢棄物再利用的工廠，每天生產 2 公噸生 化燃料的熱能。
8. 英國[18]有專門燃燒榖類草桿的發電廠，草桿來源為半徑 50 英里的農田，發電能量為 36MW，以及利用螺桿擠製農林業 廢棄物作成空心磚狀燃料。
第 7、8 點──回收生質能變成燃料，生質能包括大量的植物，
其能源主要是由太陽能的光合作用提供或藉由化學分解等，轉變成為 可燃燒的能源來源──這種作法可歸屬至廢棄物衍生燃料(Refuse Derived Fuel-5，RDF-5)的範疇裡。
美國ASTM協會將RDF的種類分為七大類，依次為RDF-1~RDF-7，其 中RDF-5 係指廢棄物如事業、家庭與農業廢棄物，經破碎、乾燥、分 選、除臭、調配、造粒等過程，製成固態錠型燃料，其主要特性為大 小和熱值均勻(約為煤的 2/3)、易於運輸及儲存，在常溫下可儲存 6~12 個月都不會腐敗，並且可作為主要燃料，或者與燃煤混燒應用於機械 床式的鍋爐、流體化床鍋爐及發電鍋爐等[19]。
RDF-5 在亞洲地區尤其盛行，如日本、中國大陸、印度等，美國
則多以RDF-2、RDF-3 為主，目前日本已有 56 座實廠運轉中，並設 有專燒RDF-5 之發電廠 5 座，總處理量每日可達 2193 公噸。我國也 努力朝此方向邁進，工研院能資所自 89 年度起進行「廢棄物能源利 用技術開發與推廣」五年計劃，並在花蓮縣豐濱鄉興建全國第一座再 生燃料示範廠，於 93 年 6 月 24 日正式啟用，每小時可處理 1 噸家庭 垃圾[20]。
1.4 研究動機、目的與方法
稻草屬於生質能，能夠以RDF-5 的概念回收後再製成燃料，對於 日常生活型態以大量生產、大量消費、大量廢棄的方式進行，導致自 然資源銳減，環境負荷壓力不斷增加，追求永續發展的台灣，更為重 要；不過我國因稻田面積不如國外集中與廣大，若學習國外在主要農 業大縣建立製作燃料工廠，除了造成附近居民排斥外，運送費用也不 合經濟效益，因此，可將其轉換為一台可移動式的機器，直接開往稻 田進行稻草燃料製作，節省空間上的運用。本研究將此機器定名為「可 移動式稻草固態錠型燃料製作機」，以下簡稱「製作機」。
製作機目前在台灣尚未生產，屬於新環保概念，且甚少相關資料 可供查詢，所以本研究希望藉以一成型設備製作稻草燃料，探討稻草 成型過程，解決國內無法善用稻草的問題，而至於燃料的品質要求，
除本文 1.3 章節中提到國外RDF-5 的主要特性外，其餘文獻中並未獲 得相關資訊，因此，本文對其要求為不易膨脹散開與長蟲發霉、表面 略有碳化、光滑且少裂痕。
研究方法以下分項敘述：
1. 針對關鍵字及適時調整搜索條件，檢閱收集海內外關於
RDF-5 機之專利、相關文獻及論文，進行分析和整理，以幫 助了解國內外技術的分佈狀況。
2. 進行稻草含水率實驗，瞭解稻草收割後水分的變化。
3. 利用一成型設備──螺桿擠製機，進行製作稻草燃料實驗，
以不更動稻草本身之物性為前提，判別各項參數對成型的影 響，及找出可成型的條件。
4. 進行稻草熱壓實驗，提供螺桿擠製機實驗成型溫度的設定。
1.5 文獻回顧
目前製作成燃料的原料多為非稻草的農業廢棄物或都市垃圾，因 此在文獻回顧方面，主要參考其成型設備與條件。
Li 和 Liu[1]以上下擠桿擠壓不同長度的木材，過程中不加熱、不 添加任何黏著劑，原料最佳含水率為 8%，可成型範圍在 5~12%；文 中有說明木材不以乾燥設備達到 8%含水率的方法，以及成品品質量 測的規範。Li 等人[2]也以上下擠桿擠壓都市垃圾，將紙類、木材和 塑膠等依不同比例混合，製作過程中若有添加塑膠類製品，則其他原 料含水率高達 20%依然可成型。Reiterer 和 Stanzl-Tschegg[3]在木材纖 維三個不同方向上進行擠壓實驗，結果在垂直年輪的方向，有最大的 壓縮量。
Wamukonya 和 Jfnkins[4]利用液壓擠壓農業廢棄物與木材，當原 料單純為小麥桿時，成品保存期限最短，若添加木材屑，則燃料強度 會提高。Chin 和 Siddiqui[5]同樣以液壓擠壓農業廢棄物，使用的黏著 劑有糖漿和澱粉類，不過對稻殼而言，最好的黏著劑是水。Karve 等 人[6]先將廢棄甘蔗碳化磨成粉，加入漿糊狀的廢棄穀粒與水，揉成
麵糰後，再以人工轉動螺桿擠壓成棒狀燃料，經兩天曝曬乾燥便可使 用。
Grover和Mishra[7]討論回收生質能作成燃料的技術；在印度主要 使用擠桿，原料可成型含水率在 10~15%，耗電量較螺桿小；螺桿可 連續成型，但缺點為螺桿磨損大，原料最佳長度 6~8mm、含水率限 定在 8~9%，成型過程溫度不可超過 300℃，成型原理是原料在機器 內摩擦產生局部的熱使其蒸發出水氣，水氣在高壓下水解原料成分中 的半纖維素、木質素等，成為小分子的碳水化合物、醣、和其他衍生 物，這些小分子在模具中受到加熱與壓力便成為黏著劑幫助成型。
West Virginia University[8]提出兩種方法－螺桿與擠桿，來擠壓長度
<0.635cm、含水率<10%的木材，結果螺桿成型壓力小於擠桿、成品 密度大於擠桿，成型原理為螺桿藉由木材成分中的木質素在 204.4℃
時，會軟化產生黏著力，進而加壓成型，擠桿則單純倚靠壓力壓縮，
不過擠桿的產量較螺桿多；Granada等人[9]將含有木質素的廢棄物以 液壓成型，探討實驗參數對成品密度、燃燒效能等的影響。
唯一一篇原料單純為稻草的文獻是由張等人[10]提出，為避免螺 桿嚴重磨損嚴重，利用特製的高強度螺桿來擠製稻草，成型原理同樣 與稻草含有木質素受熱軟化有關，所以溫度控制在 220~260℃，稻草 含水率 8%、長度<10mm，不添加黏著劑，而稻草因纖維素與木質素 的含量不高、灰份大熱值低，因此不適合碳化成木炭。
1.6 文獻參數成型條件與其影響之整理
本研究的成型設備為螺桿擠製機，挑出同樣的文獻，其原料條件 含水率皆<10%、長度<10mm，成型溫度在 200~300℃，成型原理皆
與原料成份中的木質素有關；成型設備為擠桿或液壓的文獻，除成型 原理與螺桿不同外，部分須添加黏著劑，原料含水率可大於 10%，沒 有限定成型溫度。
各參數對成型之影響如下：
1. 原料含水率
1. 原料含水率