能源危機與生質能源

一、能源危機

近百年來，工業迅速發展，人類的生活水準與科技的發展也不斷的提 高，使人類對能源的需求有增無減，依賴程度也與日俱增。化石燃料為人 類目前最主要的使用能源，而目前使用的化石燃料主要有煤炭、石油及天 然氣等三項，合計占全球現在使用能源總量的百分之八十五以上。其中，

石油是最具代表性的化石能源，不過地球的石油存量正在快速消耗中，在 1970 年代，世界更連續掀起了二次石油能源危機，造成全球性的經濟衰 退，對人類發展產生重大的衝擊及變化。

依據現有資料，全球資源蘊藏量有限且地理分佈不均，預估石油可開 採41 年、天然氣 67 年、煤 192 年（曲新生，2005）。然而全球經濟仍持 續的發展，一方面導致能源需求逐年成長，使有限的化石能源將加速枯 竭，對環境及生態造成巨大的衝擊；另一方面，因為不斷的燃燒化石燃料，

產生了大量的空氣污染物質（如二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物等）當這 些污染物質排放到大氣中會造成酸雨、光化學煙霧等污染問題，更甚者，

由於CO2不斷增加，導致全球氣候變遷加劇，帶來全球暖化的環境危機。

二、再生能源

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）。隨著京都議定書於 2005 年俄羅斯 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。

而近年來世界各國無不積極推動再生能源，在2002 年約翰尼斯堡地 球高峰會議中，承諾在2010 年之前全球再生能源使用比例將高達 15.0％。

民國92 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。

三、生質能

生質能（Biomass energy）泛指由微生物所產生之有機物質，如沼氣、

稻穀、有機污泥等農業、畜牧業、工業、都市廢棄物以及能源作物，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）與電力等可用之能源，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）。而我國將生質能定 義為「國內農林植物、沼氣、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」（再生能源發展條例草案，2002）。

根據國際能源總署（International Energy Agency）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

分類上可依料源製備、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、富油脂藻 類養殖 / 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：如經發酵、酯化等程序產生酒精汽油、沼氣或生質柴 油；或利用生物菌種等方法產生氫氣、甲醇等燃料。

2.熱轉換：如以氣化、裂解方式產生合成燃氣或燃油等。

利用微生物厭氧醱酵在生質能運用上，係指在厭氧的環境下，微生物 藉著一連串水解、產酸、甲烷化反應等過程，將有機物先分解為揮發酸、

氫等中間產物，再轉化成甲烷及二氧化碳等穩定的最終產物，而其中氫 氣、甲烷及醇類便是我們回收利用之生質能源。而這些生質能源中，氫氣 是乾淨的能源，其產能效率為122 KJ/g-H2，約為石油的3 倍，甲烷的 2.4 倍，且燃燒只產生能量和水，不會形成溫室氣體CO2造成環境污染，因此 氫氣可能是未來重要能源之一。

目前生物法產氫技術主要分為三類，包括暗醱酵法、光醱酵法與光合 作用法。而其中醱酵產氫法可分解污染物同時產生氫氣，因此較適合台灣 發展（陳俊廷等，2005）。而暗醱酵產氫比光合作用和光醱酵產氫之代謝 速率快，操作條件要求也較低，雖然光合產氫研究雖多並已取得一定成 果，但暗醱酵產氫是生物法中最具潛能技術者 ( 吳石乙等， 2004) 。

厭氧醱酵產製甲烷技術則是利用微生物在厭氧狀態下，由三大類細菌 水解菌、酸生成菌以及甲烷菌，依序進行水解、酸化、甲烷化反應而所得 到之甲烷氣體，而表2-1 為產氫及產甲烷技術 SWOT 之技術分析。

表2-1 厭氧產氫及產甲烷技術 SWOT 之技術分析

技術 厭氧發酵/光合作用產氫技術 厭氧醱酵產甲烷技術

優勢 (Strength)

1.無污染。 (Weakness)

技術仍在研發階段，未進入實用 (Opportunity)

1.能源工業中氫氣是極好的傳 (Threat)

1.日本、歐盟、美國等國家皆已