能源危機與生質能

能源是國家經濟發展及人民生活上很重要的必須品，隨著科技發展，人類對 物質上的要求越來越多，所耗的能源量也逐漸上升，而台灣天然資源蘊藏貧乏，

能源幾乎全數仰賴進口。人類對於燃料的使用量，開採速度及依賴性看來，全球 在未來幾十年絕大部分的能量需求仍需仰賴化石燃料，所以為了避免化石能源耗 盡，及其他再生能源不足以支撐龐大能量需求的窘境，現今除了減少能源浪費之 節流方式，開發並發展新的替代能源已是刻不容緩的課題。目前世界各國均投入 大量的資源及人力，從事新的替代能源的開發 ，以期能在未來的世紀，順利取 代化石燃料成為新的能量來源。

一.能源危機

根據經濟部能源委員會九十年五月「臺灣能源統計報（九十年）」資料顯示，

在技術與成本的限制下，預估世界石油蘊藏量只能再開採41年，天然氣可再開採 67年，煤炭可再開採192年，而核能發電所使用的鈾礦預估可再開採77年（經濟 部能源委員會，2002）。

二、化石燃料對環境的衝擊

工業快速的發展大多是仰賴化石燃料，成為推動人類發展的重要能源之一。

可是化石燃料的燃燒卻造成溫暖效應提高，造成生態環境受到嚴重的傷害。化石 燃料燃燒所排放的大量二氧化碳成了地球溫室效應的元兇，排入大氣中的二氧化 碳造成近百年來地球年平均溫度快速上升，也使氣候變遷速度較自然變遷速度快 約15~40倍，造成生態、氣象及水文上的不穩定（楊日昌，1993）。而全球氣溫 增高使兩極冰帽融化使海平面逐漸上升（施學銘，1996），造成人類賴以為生的 陸地範圍不斷縮小，則是全球暖化帶給人類的一大危機。

另外燃燒煤炭及石油所產生之大量硫氧化物及氮氧化物則是形成酸雨的元 兇。酸雨使水體酸化影響水體生態，亦造成土壤酸化抑制植物生長，對人類建築 物及人體的傷害也是一大問題。所以化石燃料雖然提供人類生活便利及科技發 展，卻也對環境生態造成大規模污染。為了兼顧人類發展及生活環境，發展乾淨 的替代能源是勢在必行。

三、再生能源

隨著京都議定書於 2005 年簽署之後，已正式成為國際公約，工業化國家污 染排放量受到管制，為尋求替代能源，再生能源利用已被列為重要考量因素之 一。再生能源理論上係指取之不盡的天然資源，且利用這些資源的過程中不會產 生污染物，再生能源主要包括：太陽能、風力、生質能、水力、地熱及海洋能等

（經濟部能源局，2005）。

2003年國內所舉辦之「2003創新科技系列研討會」，在有關於國內能源政策 的制訂及方向之檢討中，確定我國政府未來的能源政策，並於2020年將再生能源 容量提升至12％；其中在「科技與能源政策」的建議中，更確立了努力推動再生 能源發電的目標，也加速了「再生能源法」之立法。

再生能源目前較具有開發潛力為太陽能、風力能、水力能及生質能，其中水 力能運用的較為廣泛，但建造水力發電廠對河川生態的影響很大。太陽能的應用 方面較多，大致可分為兩部分，分別是太陽熱能及太陽電能，太陽熱能的使用，

如太陽能熱水器；而在太陽電能方面則有集熱式太陽能發電廠，藉著集中太陽能

所產生的高熱來使水汽化產生蒸氣，進而推動渦輪發電機生電力。在風力能的部 分，因風力不穩定性，使的供電量難以預期操控，且所需用地廣，因此仍有許多 問題去克服。而生質能是國際公認最廣泛使用的能源，因為其最大的優點除了可 產生能源外，並且可去除有機污染物，且生質能約占世界所有再生能源應用的三 分之二。

四、生質能源

生質能(Biomass energy)泛指由生物及微生物經由生物程序所轉換產生之有 機物質及相關的衍生物質，如稻桿、稻穀、廢棄物沼氣、有機污泥等農業廢棄物 及畜牧業、工業、都市廢棄物，經過焚化、氣化、裂解、醱酵等技術轉換成燃油 (酒精汽油、生質柴油)、燃氣(沼氣、氫氣)等可用之能源，即係指利用生物質 (biomass)，經過轉換所獲得的可用能源(工研院能資所，2006)。

根據國際能源總署(International Energy Agency, IEA)的統計資料顯示，

目前生質能為全球第四大能源，僅次於石油、煤及天然氣，供應了全球約11％的 初級能源需求，同時也是目前最廣泛使用的一種再生能源，約佔世界所有再生能 源應用的80％。由於能夠生產生質能的物質種類非常多，因此依據各種生質物的 物理與化學性質、密集度、經濟性的不同，在技術的分類上可依源料製備、轉換 與應用方式作區分如下(經濟部能源局，2006)

(一)料源技術：泛指料源的製備技術，如固態衍生燃料技術、富含油脂藻類之 養殖/採收技術及陸生能源作物耕收技術等。

(二)轉換技術：

1.生物/化學轉換：

(1)以糖質及澱粉類作物如甘蔗、田高梁、甜菜、甘藷、玉米及榖類等經由 酵母醱酵或澱粉酶醱酵產生生質酒精；

(2)以高油分含量植物，如：大豆、向日葵、油菜籽等榨油後，再經轉酯化

(3)或是利用微生物菌種在厭氧環境下產生氫氣、甲醇等沼氣燃料。

2.熱轉換：如以氣化、裂解方式產生合成燃氣或燃油等。

自然界中的許多微生物如：藍綠細菌、根瘤菌、紫色不含硫菌等具有固氮能 力之微生物在固氮過程中，也會伴隨氫氣的產生。氫氣是屬於乾淨的能源之一，

其產能效率每克的氫氣中約有122千焦耳，約為石油的3倍，甲烷的2.4倍，且燃 燒過後只產生能量和水，不會形成溫室氣體二氧化碳而造成環境污染，因此氫氣 可能是未來重要能源之一。

目前在基質利用方面，最有經濟且有開發效益，就是以有機廢水、廢棄活性 污泥、農業廢棄物、食品、酒類等廢棄物為基質所進行的厭氧生物產能反應，主 要分為醱酵產氫、甲烷化、光合產氫，其中所產生的生質能有氫氣、甲烷及醇類 等能源。

而厭氧醱酵產氫技術是利用微生物在厭氧狀態下，由三大細菌群如水解菌、

產酸菌，依序進行水解、酸化、而表2-1為產氫技術之SWOT 分析，包括：產氫技 術在應用及商業運轉時，所可能遭遇之優勢(Strength)、弱勢(Weakness)、機會 (Opportunity)及威脅(Threat)(經濟部能源局，2006)。

表2-1 厭氧產氫技術之SWOT分析

資料來源：經濟部能源局(2006)

技術 厭氧醱酵/厭氧光合產氫技術

優勢(Strength) 1.無污染。

2.於常溫常壓下操作並不需提供額外能 源，可消化廢棄物以減少環境污染。

3.氫氣熱值相當高。

弱勢(Weakness) 1.技術仍在研發階段，未進入實用化階 段，尚未有任何實廠化案例。

機會(Opportunity) 1.能源工業中氫氣是極好的傳熱載體。

2.氫能可利用形式眾多。

3.物料來源豐富。

4.因應燃料電池動力的普及，氫能市場 將有極大幅度的擴張。

5.台灣已有學術單位投入生物產氫的基 礎研究，九年以上的深厚基礎，在基 礎技術開發上，台灣不遜於各先進國 家。

威脅(Threat) 1.日本、歐盟、美國等國家皆已投入大

量經費進行全面整合性之研究。

2.各先進國家多已進入技術實用化開發 階段，開始進行大規模戶外生物產氫 程序示範。受限於學術界研發規模有 限，台灣在生物產氫實用化上是較為 落後的。