能源問題與生質能

一.能源問題

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。石油是目前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。根據國際能源機構的預測，全世界的能源消耗，在今後 20 年至少會增加一倍，而大約在 50 年後會出現化石能源供應上的危機 (陳振源，

2005)。

據統計，二十世紀人類使用化石能源的用量 ，比過去十九個世紀用量總和還 多，而且全世界的年用量有增無減 。而根據世界能源統計資料 (2003)數值顯示，

2002 年全球燃料的消耗，主要能源所占比重依序為石油（38.5％）、煤（24.7％）、

天然氣（23.7％）、核能（6.6％）、水力（6.5％）。據估計，各項初級能源，石油 可用四十年，天然氣可用六十年，煤炭可用兩百年，原子能的鈾可用七十多年（曲 新生，2005)。

然而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 、氮氧化物及落塵，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，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 。

二、再生能源

隨著京都議定書於 2005 年俄羅斯簽署正式成為國際公約之後 ，工業化國家 污染物排放量受到管制規範，為了尋求替代能源，再生能源利用已被世界各國列 為重要能源發展政策方向之一。近年來世界各國無不積極推動再生能源，於 2002 年約翰尼斯堡地球高峰會議中承諾 ，在 2010 年前全球之再生能源使用比例將達 到 15.0％。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）。

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(陳陵援、高惠蓉，2004)。

而生質能源是人類使用最早及最廣泛的能源 ，約占世界所有再生能源應用的 三分之二。而生質能源近年發展之生質酒精 、生質柴油、生質氣體，不但可直接 用於小客車、柴油車、燃料引擎車，可有效降低一氧化碳與二氧化碳排放量 ；且 因生質源能中碳含量是取自於大氣 ，再回歸於大氣，無增加大氣中CO2含量的問 題，同時還可減少硫氧合物、碳氫化合物及氮氧化合物等有害物質的排放量 ，具 有發展潛力。

三、生質能

生質能（Biomass energy）泛指由微生物所產生之有機物質 ，如動植物、有 機污泥等農業、畜牧業、工業、都市能源作物以及廢棄物，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）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 14%的初級能 源需求，也提供了開發中國家 35％ 的能源，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％。

若以生質能利用技術來區分 ，生質能運用技術大致可分為 ：燃料酒精技術、

生質柴油技術、沼氣利用技術、液化與氣化技術，以下就各技術來說明(吳耿東、

李宏台，2004)：

(1)燃料酒精技術

生質酒精（乙醇）是一個比較環保的燃料，過去數十年，主要採用發酵法 生產酒精，目前世界各國主要生產生質酒精的國家 ，除了巴西自 1970 年代石油 危機起，以甘蔗為主要能源作物從事酒精燃料之研發與生產外 ，另一主要國家 為美國利用玉米澱粉來醱酵以生產酒精 。

而生質酒精最經濟且實用的生產途徑有二，一是利用廢棄的農作副產品（稻梗、

廢糖蜜等）為原料生產乙醇；二是養殖綠藻生產乙醇，其中以廢棄農作物來生 產酒精最具潛力。

(2)生質柴油技術

利用油脂作物或廢食用油與甲醇 （或乙醇）進行轉酯化反應，可產生脂肪 酸甲酯（或乙酯）及甘油等產物；經分離甘油後，以蒸餾去除未反應完全的油 脂，產生與一般柴油品質相當的液態燃料 ，稱為生質柴油。

(3)沼氣利用技術

沼氣的產生主要是藉由細菌把廢棄物中的有機物質分解以得到可燃性氣 體，主要成分是甲烷、二氧化碳及少量硫化氫。分解有機物的細菌可分為好氣 菌與厭氣菌兩種，當氧氣充足時，好氣菌會把有機物分解，所產生氣體大都是

二氧化碳，稱之為好氣醱酵；相反地，若在缺氧狀態時，則由厭氣菌負責把有 機物分解，產生沼氣，稱之為厭氣醱酵。

目前台灣的沼氣來源以廢棄物為大宗 ，其種類包括畜牧廢水、家庭污水、城鎮 垃圾及各行業廢水等四大類 ，其中，畜牧廢水以豬隻糞尿廢水為大宗 ；家庭污 水以都市污水處理場為主；城鎮垃圾主要以垃圾掩埋場為主；各行業廢水（物）

則來自食品業、紡織業、膠帶業等。

(4)液化與氣化技術

液化程序是指由生質物／廢棄物經無氧熱裂解製成液態燃料 。液態衍生燃 料多以分選過的廢塑膠或廢橡膠為料源 ，經過熱裂解產生油氣，再經過冷凝後 成為合成燃油與燃氣。這項技術的優點是產品易於儲存運輸且系統容量不大 ， 具經濟性；其缺點則在於因需維持燃油的產率 ，裂解溫度不能太高，大約是攝 氏300∼500度。另廢棄物中若含有重金屬與硫、氯等成分，會部分殘留在產品內，

而限制產品的用途。

氣化技術是指在高溫下進行非催化性的部分氧化反應 ，把含碳物質，如生質物

／廢棄物或煤炭等，轉換成以氣態燃料為主可供利用的能源 。經氣化反應所產 生的可燃氣體包括一氧化碳 、氫氣、甲烷等，可作為鍋爐與發電機組的燃料 ； 另也有部分燃料油、焦碳、焦油、灰份等產物，可供作其他用途；此外，氣化 所生產的燃氣，也可轉化為甲醇，使用在燃料電池中。

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 ，且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 氣是未來最具發展潛力技術之一。

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 為產氫烷技術 SWOT 之技術分析。

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。

第二節 農業廢棄物產氫可行性探討

農業廢棄物包含農產廢棄物與農業資材廢棄物 ，這些農產廢棄物泰半均可回 收再利用，製成堆肥、廄肥，再回歸到農田，惟若隨意傾倒，丟棄或燃燒亦或處 理不當則均會造成環境污染。而根據楊紹榮(1997)的研究中指出目前農業生產過 程中所產生的廢棄物有：穀類廢棄物、特用作物廢棄物、蔬果廢棄物、食品工廠 廢棄物、菇類栽培介質廢棄物、禽畜及養殖廢棄物、樹皮、庭園及行道樹修剪之 廢棄物等七大類。

一、農業廢棄物及半固體廢棄物之處理技術

一、農業廢棄物及半固體廢棄物之處理技術