垃圾衍生燃料之生命週期評估

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垃圾衍生燃料之生命週期評估

洪銘謙，國立高雄大學土木與環境工程學系學生甯蜀光，國立高雄大學土木與環境工程學系副教授計畫編號：97-2815-C-390 -003 –E

摘要

隨著全球石化燃料儲量日益減少，「能源危機」的問題也日趨嚴重，開發替代的低碳潔淨能源與再生性能源為許多國家面臨的重要課題，其中垃圾衍生燃料(Refuse Derived Fuel，簡稱 RDF)即是一種相當受到重視的替代能源。由於我國在 RDF 的應用尚處於發展階段，以 RDF 做為替代能源，在能源效益、成本效益、環境衝擊等諸多問題仍有待更深入之評估；有鑑於此，本研究希望藉由生命週期評估(Life Cycle Assessment，簡稱 LCA)，分析 RDF 在環境、成本及能源三方面的效益，並以工業技術研究院所輔導之花蓮豐濱 RDF 示範廠為案例對象。結果顯示：在生產成本部分，每公噸 RDF 產製成本約 12,630.8 元/ton-RDF；在能源效益部分，每公噸 RDF 之能源淨產出 5,523.4 MJ/ton-RDF(即每公斤約 1,320 kcal)，能源投入產出比約 1.51，顯示發展 RDF 具有其能源效益；在溫室氣體排放方面，每公噸 RDF 從生產到使用共排放約 2,005.3 公斤的二氧化碳當量，若僅考慮使用階段，產生單位熱能之 CO2排放當量，RDF 則較燃煤為低。同時，本研究亦針對另兩項不同製程進行上述分析，以評估設備改進對 RDF 生產之各項效益可能造成之影響。此外，研究中亦分析各階段投入與產出項目之敏感性，以了解各項參數所扮演的重要程度，期望對國內 RDF 之推動與發展有所助益。關鍵字：生命週期評估(LCA)、垃圾衍生燃料(RDF)、溫室氣體

一、前言

我國在能源之供應上多仰賴進口，民國九十五年能源來自國外達 98.24%；能源進口總值約為 300 億美元，較九十四年增加了 24.06% (經濟部能源局， 2006)，在世界能源日漸枯竭之際，我國如果未能提高自主的能源比例，對於國家未來的經濟發展將造成嚴重的影響。另外，傳統的化石燃料的使用為二氧化碳等溫室氣體的主要來源之ㄧ。在當今全球『永續發展』之意識的提升與致力於二氧化碳的減量之目標下，如何改善能源之使用效率，開發新的替代的低碳潔淨能源以提高國內自主的能源供應，以及減少能源進口量和管制污染物排放等，已經成為我國要面臨的重要課題。國內的能源發展主要係著重於再生能源的推廣，作為提高自主能源及潔淨能源比例的策略。有效的利用再生能源不但有助於減少對進口能源的依賴，同時也能降低使用化石燃料所產生的污染，垃圾衍生燃料(Refuse Derived Fuel；簡稱 RDF)即是一種將廢棄物透過適當前處理將垃圾轉化成燃料的一種技術。然而，與國外相比，RDF 在國內尚處於發展階段，其相關的研究也尚未完全。因為地域性與生產技術的純熟度不同，RDF 在成本、能源及環境等三方面所表現的效

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益，是否適合在國內投入商業化的發展，值得做進一步的探討。

本研究係以生命週期評估(Life Cycle Assessment，簡稱 LCA)的觀點，探討 RDF 在生產及使用過程中的投入與產出，了解 RDF 於我國發展的可行性及可能產生的效益與衝擊。主要的研究目標包括：(1)建立 RDF 之生命週期評估架構； (2)藉由成本效益、能源投入及溫室氣體排放之評估，探討 RDF 之優缺點，以了解國內發展的潛力與阻礙；(3)建立本土化之 RDF 生命週期評估相關資料庫，期望對國內推動 RDF 再生能源有所助益。

二、研究方法與步驟

本研究之目的係依據生命週期評估的方法評估 RDF 在成本、能源及環境等三方面的因子，並配合敏感度分析，探討 RDF 在投入產出過程中影響重大的參數，研究進行之步驟分述如下： 1.生命週期評估(LCA) 生命週期評估是以環境考量面的角度來評估產品生產、服務及棄置等生命週期階段對環境造成之衝擊大小，即包括從原物料取得、製造、產品使用到最終廢 棄物回收等「從搖籃到墳墓」所有生命週期階段，主要程序包括下列幾個步驟： 1.1.目的與範疇界定(Goal and Scope Definition)

本階段的目的係將 RDF 在生產與使用過程中所盤查取得之數據資料，定義「公噸 RDF」為基本功能單位，評估生產及使用每公噸 RDF 在成本、能源及環境等三方面的效益與衝擊。本研究之系統範圍界定為四個階段，分別為家戶垃圾收集清運至 RDF 製造工廠的收集階段；經過前處理後產製成為 RDF 的生產階段；將產品運輸至各使用鍋爐的配送階段；以及使用 RDF 的階段，評估項目包括在各階段所需資源投入與直接或間接產出(如圖 1 所示)。在投入方面，包含所需人力、固定資本、燃油、電力等；在產出方面，則分別為溫室效應氣體排放及所能生產的 RDF 量與其所含的熱值。本研究在整體評估過程中各項重要假設及評估範圍如下：(1)RDF 使用階段僅考慮熱值產出與溫室氣體排放所造成的影響，並不考慮使用過程的設備更改成本與使用過後的廢棄物回收及棄置；(2)在 RDF 生產階段所採用的資料盡量以花蓮縣豐濱鄉 RDF 示範廠之歷史資料為主，不足的資料則參考國外相關文獻；(3) 關於環境衝擊部分將以 CO2、CH4及 N2O 三種溫室氣體為主要評估項目，排放量則以耗用的燃油乘上其排放係數估算；(4)RDF 生產階段之程序複雜，所以將其細部作業流程予以合併討論；(5)固定成本部分則設定一個操作年限，平均分配到此操作年限所能生產的 RDF 總量上；(6)製作 RDF 的原料來源僅考慮家戶垃圾，並不探討其他不同原料組成所產生之影響。

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資料來源：本研究繪製圖 1 RDF 之系統範圍圖直接產出資源投入間接產出垃圾收集運送至 RDF 生產工廠燃油人力成本廢氣排放人力成本、燃油、電力用水、藥劑、設備成本磁選一次破碎二次破碎風選乾燥成型廢水、廢氣排放燃燒使用 RDF 成品運送至各地工業鍋爐燃油人力成本廢氣排放熱能、廢氣排放

垃圾清運階段 RDF 生產階段 RDF 配送階段 RDF 使用階段

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1.2.生命週期盤查分析(Life Cycle Inventory Analysis) 盤查分析的流程乃依照系統範圍所界定之四個階段做相關的資料蒐集及運算程序，除了基本資料的蒐集，主要把蒐集的對象分為成本、能源及環境等三方面因子，各評估因子之分析方法與所需資料如下： (1)成本因子方面：主要針對(a)建造 RDF 廠與投資設備的固定資本投入；(b)僱用操作人員的人力成本；(c)廢棄物收集運輸與產品配送的運輸成本及人事成本；(d)生產操作的燃油、電力及藥品成本；(e)機械設備維修的維護成本等五大項做資料的蒐集。 (2)能源因子方面：則分為投入與產出兩部分，能源投入主要為垃圾收集、RDF 生產及 RDF 配送等三階段所消耗的能量，包含不同燃料與電力的使用。消耗熱值的推估方式是將所有投入的化石燃料與電力逐一加總統計，再將各燃料的使用量各自乘上其本身所含有的熱值(MJ)來估算。而產出部分則為 RDF 使用階段燃燒所能轉換生成的熱值，其熱值含量主要參考相關的文獻資料得之。 (3)環境因子方面：則以能源使用時所排放的 CO2、CH4及 N2O 三種主要溫室氣體作為估算項目，蒐集調查系統範圍內投入消耗的能源以及燃燒 RDF 所直接或間接排放上述三種溫室氣體的排放量。根據聯合國「跨政府氣候變遷小組」所訂定的指南(IPCC，2006)，燃燒化石燃料所排放溫室效應氣體的計算公式如下：

Ef = Q fossil diesel × EFfossil diesel 其中， Ef：化石燃料衍生之 CO2、CH4及 N2O 的排放量(kg) Q fossil diesel：化石燃料的使用量(MJ) EFfossil diesel：化石燃料的溫室氣體排放係數(kg/MJ) 而耗用電力的溫室效應氣體排放計算公式如下： Ee = Q power × EFpower 其中， Ee：發電廠所衍生之 CO2排放量(kg) Q power：使用電量(kWh)

EFpower：使用電力的 CO2排放係數(kg-CO2-equiv/kWh)

1.3.生命週期衝擊評估(Life Cycle Impact Assessment)

此階段是指以生命週期盤查分析之結果，評估量化潛在衝擊之程度與範圍，而本研究將評估的對象分為成本、能源及環境等三方面。在成本部分，評估 RDF 從生產製作到燃燒利用一系列的過程可能投入的成本，用以了解發展 RDF 的可行性與經濟性。在能源部分，分析產製 RDF 所需的能源投入與燃燒後所被轉換的能源產出，了解產製 RDF 所能帶來的能源效益。在環境部分，考慮各階段產生的溫室效應氣體總量，探討 RDF 做為替代能源對於溫室效應氣體減量的成效與影響。除此之外，並將研究結果與現有的燃煤做比較，討論兩者之間的差異性。

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2.敏感性分析(Sensitivity analysis) 敏感性分析可探討研究問題中，各項參數變動對整體規劃或評估結果之影響。本研究在生命週期盤查分析及衝擊評估階段執行之敏感性分析，主要的目的係為了探討在系統範圍內，隨著成本、能源投入的變動對 RDF 各項效益或衝擊產生之差異。分析中以各項參數之原設計數值為基準，並依據相關技術評估之上下限值範圍進行敏感性分析，以了解各項因子變動對發展 RDF 可能產生之影響程度。

三、結果與討論

1. 基本數據分析 在垃圾收集階段：本研究假定運用 2 台 8 立方米容量，壓縮能力為 0.5 ton/m3 的垃圾車來進行垃圾收集動作，即每次可收集 8 公噸的廢棄物。另外，假設平均運送距離為 20 公里，能源密集度以 0.2255 公升油當量/公里(車輛耗能研究網站 http://auto.itri.org.tw)計算，換算之後在收集階段每輛垃圾車投入能源為 4.51 公升油當量，相當於使用 4.61 L 的柴油。每輛車的維修成本則以每年 35,000 元作為基本假設，而每輛垃圾車僱用兩名清潔人員，月薪設定為 32,000 元。在 RDF 生產階段：RDF 生產過程的轉化率設定為 50 %(工業技術研究院， 2006)，即每一公噸的廢棄物可以生產 0.5 公噸的 RDF，而將每噸廢棄物製成 RDF 需要消耗 94.4 L 的重油、7 kg 的 Ca(OH)2及 153.6 kW 的電力。除此之外，每小時處理一噸廢棄物所需的設備成本約 4,600 萬元，加上其餘土地與場區設施工程的成本，總共約為 7,000 萬元(工業技術研究院，2003)。假設其操作年限為 20 年，每年的維修費用則以設施成本的 1.5 %估算，另外顧用三名操作人員，月薪設定為 30,000 元，年操作日數假設為 260 天，一天的操作時數則以 8 小時估算。在 RDF 配送階段：假設平均載運距離為 10 公里，換算之後在收集階段投入能源為 2.26 公升油當量，相當於使用 2.31 L 的柴油。另外假設購置車輛的成本為 80 萬元，車輛使用年限為 10 年，而每年的維修成本同樣以每年 35,000 元作為基本的假設。除此之外，尚須說明的部分是本研究將此階段的人事成本包含在 RDF 製造階段的人事成本之中。公噸 RDF 成品的熱值平均約 16,279.65 MJ/ton(約 3,891 kcal/kg)，碳含量為 32.5%，各階段詳細的盤查資料如表 1 所示。 2. 評估結果 2.1. 成本效益分析本研究針對評估案例進行之投入成本分析結果如表 2 所示，生產每一噸 RDF 產品需要花費約 12,630.8 元，在 RDF 製造階段所花費的成本即佔了總成本的 86 %(如圖 2)，其中以固定資本、人事成本及燃料成本所佔比重較大，其主要的原因有下列兩點： 1. 在本研究中，RDF 廠所設定的日操作時數為 8 小時，所以一天僅能夠生產 4 噸的 RDF 是導致固定資本與人事成本居高不下的原因，如果將產量提高或是延長 RDF 廠的操作年限，使在操作年限內的總產量提高，即能使固定資本與人事成本所分攤於 RDF 產品的金額減少，進而降低 RDF 的生產成本。

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6 2. 在 RDF 生產階段中，燃料的用途在於原料之乾燥製程，藉由燃燒產生熱空氣，乾燥垃圾之用，以及後端脫臭爐的高溫脫臭使用。因此，台灣地區家戶垃圾含水率偏高，將明顯增加 RDF 之生產成本。表 1 各階段之盤查分析分析項目數值備註垃圾收集階段垃圾車 2 輛垃圾清運量 4 ton/輛維修費(每輛) 35,000 元/年平均運距 20 km/輛推算每趟耗油 4.61 L 清潔人員 4 人清潔人員薪資 32,000 元/月 RDF 製造階段操作能力 1 ton/hr RDF 化率為 50% 操作時數 8 hr RDF 日產量 4 ton 操作日數 260 天/年燃料(重油) 94.4 L/ton 處理每噸垃圾用電 153.6 kWh/ton 處理每噸垃圾藥劑(消石灰) 7 kg/ton 處理每噸垃圾藥劑(活性碳) 47,250 元/年設廠費用 7,000 萬操作年限 20 年操作人員 3 人操作人員薪資 40,000 元/月設備維修費 1,050,000 元/年設廠費用的 1.5% RDF 運輸階段載運貨車 1 輛使用年限 10 年載運量 4 ton/輛維修費 35,000 元/年平均運距 10 km/輛推算每趟耗油 2.3 L RDF 使用階段 RDF 熱值 12,679.65 MJ/ton 約 3,891 kcal/kg RDF 碳含量 32.5%

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2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 元投入金額收集階段生產階段配送階段 1,621.5 129.9 10,879.5 表 2 公噸 RDF 之成本估算結果投入階段投入項投入項數量金額(元) 成本 (元/每噸 RDF) 垃圾收集階段燃油(柴油) 9.22 L/天 33.5/L 77.3 人事成本 4 人 128,000/月 1,476.9 維修費用 - 70,000/年 67.3 RDF 生產階段燃油(重油) 755.2 L/天 20 /L 3,776 電力 1228.8 kWh/天 2.65/kWh 1,241(1) Ca(OH)2 56 kg/天 4,100/ton 57.4 活性碳 - 47,250/年 45.4 維修費用 - 1,050,000/年 1,009.6 人事成本 3 人 120,000/月 1,384.6 固定資本 - 7,000 萬 3,365.4 RDF 配送階段燃油(柴油) 2.30 L/天 33.5 元/L 19.3 維修費用 - 35,000/年 33.7 固定資本 - 80 萬 76.9 總計 12,630.8 註 1：包含基本電費(契約電費 185 元/月，契約容量 200KW) 圖 2 公噸 RDF 之各階段成本投入

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8 -15,000 -10,000 -5,000 0 5,000 10,000 15,000 20,000 熱值的投入與產出熱值 MJ/ton-RDF 收集階段生產階段配送階段使用階段 -10,650.11 -84.91 -21.23 16,279.65 Total：5,523.41 2.2. 能源效益以垃圾衍生燃料做為替代燃料之ㄧ環，主要的目的在於解決目前國內對於從國外進口化石燃料的依存度，並解決化石燃料儲量日漸枯竭的問題，因此發展 RDF 必須建立在能源「淨」產出為正值的情況下才有其發展的可行性。根據本研究的評估結果，在生產 RDF 的過程中總共需要投入約 10,756.25 MJ/ton(見表 2)，而一般家戶垃圾製成 RDF 之後所能產出的熱值約為 16,279.65 MJ/ton，高於消耗掉的熱值，由此可知 RDF 之能源淨產出 5,523.4 MJ/ton (即每公斤約 1,320 kcal)，能源投入產出比約 1.51，顯示發展 RDF 具有其能源效益。此外，由圖 3 可以得知在 RDF 製造階段所消耗的熱值最高，佔了總投入熱值的 99 %，主要的原因在於生產過程中，供應乾燥與脫臭程序之燃油消耗量掌控了熱值消耗量的多寡。另一方面，RDF 產品會因為原料來源不同，貢獻的熱值也會有所不同。例如：使用生物污泥製作而成的 RDF 低位發熱量約為 3,200 kcal/kg(約 13.39 MJ/kg)，稻桿製成的成品低位發熱量約為 3,600 kcal/kg(約 15.06 MJ/kg)以上。另外，使用造紙廠廢紙渣製成的 RDF 低位發熱量則可高達 6,200 kcal/kg(約 25.94 MJ/kg)，與燃煤熱值接近(蘇宛珊，2006)。表 3 公噸 RDF 之能源效益估算結果投入/產出階段投入項產出項投入項投入數量 (每公噸 RDF) 投入熱值 (MJ/ton) 產出熱值 (MJ/ton) 垃圾收集階段燃油(柴油) 2.31 L 84.91 - RDF 生產階段燃油(重油) 188.8 L 7,741.27 - 電力 307.2 kWh 2,908.84 - RDF 配送階段燃油(柴油) 0.58 L 21.23 - RDF 使用階段 RDF 1 ton - 16,279.65 總計 10,756.25 16,279.65 圖 3 公噸 RDF 之各階段能源投入與產出

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2.3. 環境效益溫室效應與氣候變遷是目前全球非常關切的環境問題，導致此影響發生的原因在於傳統化石燃料的使用會產生大量的 CO2，因此再生能源的開發也將溫室效應氣體排放的因素列入重要考量，本研究將環境效益的評估重點放在 CO2、CH4 及 N2O 三種溫室氣體上面，目的是為了解 RDF 的發展是否能成為低碳的潔淨能源。研究中假設所有的燃燒過程都為完全燃燒，結果顯示一噸 RDF 產品約排放 1,981 公斤的 CO2，CH4及 N2O 則相對微量，如表 4 所示。根據全球溫暖化潛力

值(Global Warming Potential, GWP)顯示(IPCC，2006)，以 CO2為基準(1.0)、同重

量、同時間水準(100 年)，CH4的 GWP 值為 23，即排放一公斤的 CH4等於排放 23 公斤的 CO2，而 N2O 的 GWP 值則為 296。因此，實際上生產及使用一噸 RDF 產品總共會排放約 2,005 公斤當量的二氧化碳，如表 5 所示。表 4 公噸 RDF 之溫室氣體排放估算結果產出階段投入項產出項投入項數量 (每噸 RDF) CO2 (kg/ton) CH4 (kg/ton) N2O (kg/ton) 垃圾收集階段燃油(柴油) 2.31 L 6.2959 0.0003 0.0003 RDF 生產階段燃油(重油) 188.8 L 583.3920 0.0227 0.0121 電力 307.2 kWh 199.0656 - - RDF 配送階段燃油(柴油) 0.58 L 1.5740 0.0001 0.0001 RDF 使用階段 RDF 1 ton 1,190.7882 0.3194 0.0426 總計 1,981.1157 0.3425 0.0551 表 5 公噸 RDF 之溫室氣體轉換 CO2當量統計值溫室效應氣體排放總量(kg/ton RDF) GWP CO2-equiv.(kg) CO2 1,981.1157 1 1,981.1157 CH4 0.3425 23 7.8775 N2O 0.0551 296 16.3096 總計 2,005.3028 RDF 各階段對於排放二氧化碳當量的貢獻如圖 4 所示，其中以 RDF 燃燒使用階段所排放的量最多，約為 60 %。導致此一結果的原因在於 RDF 產品的碳含量多寡，本研究中 RDF 產品的碳含量平均為 32.5 %，由於研究中假設燃燒過程為完全燃燒，所以在實際情況下，每一公噸 RDF 所產出的二氧化碳當量應該會低於 2,005kg，此外，RDF 生產階段所排放的二氧化碳當量亦同時受到燃料及電力使用量多寡之影響。

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10 圖 4 公噸 RDF 之各階段溫室氣體排放量 3. 更改設備評估與綜合比較 依據上述生命週期評估結果指出：在 RDF 生產階段中，燃油的投入對於 RDF 的成本、能源及環境三方面的效益均有很大的影響。燃油的用途在於供應乾燥製程，以及後端脫臭爐的高溫脫臭使用。因此，本研究針對脫臭的部分之製程改進進行分析，分別評估蓄熱式焚化系統(Regenerative Thermal Oxidizer, 以下簡稱 RTO)與蓄熱式觸媒焚化系統(Regenerative Catalytic Oxidizer, 以下簡稱 RCO)兩種新處理技術取代原直燃式脫臭爐，探討設備改進對於 RDF 產品之成本、能源及環境效益上之變動，其中投入項變動情形如表 6 所示。在生產成本之評估結果顯示：生產每公噸 RDF 的脫臭過程原來需要消耗 122.8 L 的重油(工業技術研究院，2003)，改用 RTO 系統後，需要使用 38.79 m3 的液化石油氣來取代原來的重油，而 RCO 系統只需要 12.02 m3_{的液化石油氣即} 足以替代原系統。液化石油氣單價若以 31.8 元/kg (73.4 元/m3 )估算(中國石油公司 2008 年 7 月 2 日公告)，雖然單價較高，但由於用量較重油為少，因此在成本投入的比較上，使用 RCO 系統能節省約 1,445 元的支出，如圖 5 所示。在能源比較部分，液化石油氣的熱值高達 108.7 MJ/ m3_{，由於投入量少，所以整體的能} 源消耗比原來使用重油的耗能要減少許多，因此改用 RTO 與 RCO 系統均對能源效益有更正面之貢獻(如圖 6)。此外，在環境效益的比較上，液化石油氣的二氧化碳當量的排放為 6.8644 kg-CO2-equiv./ m3，同樣由於投入量少，所以整體的溫室氣體排放量將較原系統為少，其效益如圖 7 所示。整體而言，製程之提升，不僅能減少資源的投入降低生產成本，同時還能達到溫室氣體排放的減量及提高淨能源的產出。 1,400 kg-CO2 CO2-equiv. 1,200 1,000 800 600 400 200 收集階段生產階段配送階段使用階段 CO2排放量 6.4019 786.5553 1.6005 1,210.7516

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10,000 11,000 12,000 13,000 元 ( NT＄) 金額花蓮示範廠 RTO 系統 RCO 系統 11,185.6 12,233.7 12,630.8 成本投入 0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 MJ 熱值淨能源產出花蓮示範廠 RTO 系統 RCO 系統 5,523.409 7,747.58 9,251.96 表 6 設備更改之投入項變動投入設備投入項變動燃油(重油) 液化石油氣 (LPG) 總維修費用 (元/年) 總固定資本花蓮示範廠 (直燃式脫臭爐) 755.2 L/天 - 1,050,000 7,000 萬元 RTO 系統 264 L/天 103.44 m3/天 1,088,250 7,255 萬元 RCO 系統 264 L/天 48.08 m3/天 1,080,750 7,205 萬元註：液化石油氣(50%丙烷+50%丁烷) 圖 5 公噸 RDF 於不同系統下的成本投入

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12 圖 7 公噸 RDF 於不同系統下的溫室氣體排放量根據三種不同製程所生產的 RDF 與同樣為固態燃料的燃煤來做比較，以目前全球煤炭的價格來看，購買一噸煤炭的市場價格大約 162.15 元美金 (GlobalCOAL，2008 年 8 月 22 日公告)，換算成台幣大約 5,124.8 元，此外，一公斤的燃煤所含有的熱值大約 26.78 MJ/kg，而一公斤的 RDF 平均含有的熱值約為 16.67 MJ。因此若將 RDF 取代燃煤使用，並以單位熱能所需之成本計算，獲得 1 MJ 的熱值需要 0.687∼0.776 元左右(如表 7 所示)，造成此單價較高的原因是由於本研究所採用案例為示範廠之資料，因此 RDF 生產規模及營運模式並未達到商業營運的標準，所以無法很有效的降低成本之投入。此外在環境效益上，若僅考慮燃料使用階段溫室氣體之排放量進行評估，結果顯示：產生單位熱能之 CO2排放當量，RDF 為 0.074 kg-CO2-equiv./MJ，較燃煤 0.095 kg-CO2-equiv./MJ

為低，可以看出單單在使用階段上 RDF 確實能減少溫室氣體的排放。表 7 燃煤與 RDF 之投入與產出比較所含熱值 ( MJ/ton ) 單位成本 (元/MJ) 使用階段單位排放量 (kg-CO2-equiv./MJ) 燃煤 26,777.122 0.191 0.095 花蓮示範廠 16,279.654 0.776 0.074 RTO 16,279.654 0.751 0.074 RCO 16,279.654 0.687 0.074 1,600 1,700 1,800 1,900 2,000 2,100 kg-CO2 CO2-equiv. 2,005.3 1,800.7 1,705.7 溫室氣體排放量花蓮示範廠 RTO 系統 RCO 系統

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此外，本研究亦探討製成 RDF 處理廢棄物與傳統焚化或掩埋處理方式間各項成效之差異。在焚化部分，每乾公噸的廢棄物會排放 999.45 公斤的二氧化碳當量 ( 經濟部工業局，2006) ，根據統計每公噸的廢棄物溼基低位發熱量為 7,847.956 MJ(含水率 51.9 %)(環境保護統計年報，2007)，經過換算後再加上收集階段的排放量，每公噸的廢棄物(溼基)排放約 484 公斤的二氧化碳當量。在掩埋部分，同樣根據經濟部工業局的統計資料，掩埋每乾公噸的廢棄物會排放 166.67 公斤的甲烷，乘上甲烷的全球溫暖化效益潛力值後，每乾公噸廢棄物約會排放 3.833 公噸的二氧化碳當量。如同焚化處理的計算方式，經過計算後一公噸廢棄物(溼基)約排放 1,847 公斤的二氧化碳當量(見表 8)。結果顯示，利用傳統的掩埋方式，每公噸廢棄物在甲烷排放的部分即會產生約 1,847 公斤的二氧化碳當量，明顯大於製作成 RDF。而在溫室效應氣體排放量上，則以焚化處理較佔優勢。表 8 每一公噸廢棄物運用焚化、掩埋與 RDF 處理方法之比較溫室氣體總排放量 (kg-CO2-equiv./ton ) 所含熱值 ( MJ/ton ) 產生單位熱值排放量 (kg-CO2-equiv./MJ) RDF 處理 1,002.651 8,139.827 0.123 廢棄物焚化 483.931 7,847.956 0.062 廢棄物掩埋(甲烷) 1,847.066 - - 4.敏感性分析 此階段主要針對研究範圍中，幾項投入與產出的項目，以本研究最初所設定的數值為基準，並依據「廢棄物能源技術開發與推廣」計畫執行成果摘要中 RDF 產品之上下界範圍(工業技術研究院，2006)設定敏感性分析之上下限，部份缺乏資料的部份則僅做小範圍的假設調整(如表 9 所示)，討論各項目的變動對 RDF 在成本、能源及環境效益上之影響程度。分析中，在同一時間內僅做一個參數的變動。因此，在各參數之間綜合的影響並不在本研究討論範圍內。在成本效益之表現上，依據表 9 設定的結果，影響程度最大的是 RDF 生產階段所投入的油料成本，如圖 8 所示，油料與電力的用量本來所佔的比例就很大，再加上全球原油與燃煤儲量的減少，價格隨著時間越見上漲，連帶著影響其所提煉的燃料與電力價格也跟著居高不下。因此，未來在評估生產 RDF 的成本時，油料及電力成本是不可忽視的影響因素。另一方面，將使用年限縮短或延長五年，生產每噸 RDF 成本的變動範圍可從 11,957∼13,752 元，由此可知，在成本效益上，使用年限亦為不可忽視之重要因素。分析結果在能源效益部分，依據圖 9 顯示：RDF 製造階段中最敏感之參數為使用之燃油量，造成此結果的原因是因為重油本身含有的熱值非常高，約 41 MJ/L，因此，若能在生產過程中降低重油之消耗，將可大幅提升 RDF 產品之能源效益。在熱值產出的部分，根據工業技術研究院的研究報告中指出(工業技術研究院，2006)，由家戶垃圾製作而成的 RDF 產品含有的熱值範圍每公噸約在 14,547.5∼19,350.7 MJ/ton-RDF，由於此結果與當地 RDF 原料組成性質相關，所以本研究並沒有將其加入敏感性分析之探討。

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14 在二氧化碳排放當量的部份，由於其他不同原料組成的因素並不在本研究的討論範圍內，所以僅根據工業技術研究院的研究報告中(工業技術研究院， 2006)，家戶垃圾所產製的 RDF 元素分析數據上下界範圍做假設。分析結果依然可以看出 RDF 產品之的碳含量是影響程度最大的因素，如圖 10。此外，若能減少燃油與電力的投入也可以有效的降低二氧化碳當量的排放，即生產的控制技術與機械設備處理效率的改進，可減少化石燃料與電力的投入，降低溫室氣體排放量，此改進方法也會連帶的降低成本投入及減少能源的消耗，同時增加了 RDF 發展的潛力。表 9 各階段敏感性分析的上限與下限值編號投入項下限值基準值上限值垃圾收集階段 1. 平均運距 km 15 20 25 2. 油價 (元/ L) 30 33.5 45 3. 人事成本 (元/月) 30,000 32,000 34,000 4. 維修費用 (元/年) 30,000 35,000 40,000 RDF 生產階段 5. 燃油(重油) L 180 188.8 200 6. 油價(元/L) 15 20 25 7. 電力 kWh 280 307.2 330 8. 電價 (元/度) 2 2.65 4 9. 藥品 Ca(OH)2 12 14 18 10. 藥品價格 (元/ton) 3,000 4,100 6,000 11. 活性碳 (元/年) 45,000 47,250 50,000 12. 維修費用 (元/年) 1,050,000 1,050,000 1,400,000 13. 人事成本 (元/月) 38,000 40,000 42,000 14. 固定資本 (萬元) 6,500 7,000 7,500 15. 操作年限 (年) 15 20 25 RDF 配送階段 16. 平均運距 km 5 10 15 17. 油價 (元/L) 30 33.5 45 18. 維修費用(元/年) 30,000 35,000 40,000 19. 固定資本 (萬元) 70 80 100 RDF 使用階段 20. RDF 碳含量 % 31 32.5 33.5

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5,523.41 4,923.41 5,123.41 5,323.41 5,723.41 5,923.41 6,123.41 淨能源產出(MJ) 7. 5. 1. 16. 圖 8 公噸 RDF 成本效益之各影響因素敏感性分析圖 9 公噸 RDF 能源效益之各影響因素敏感性分析 12,630.8 13,630.8 11,630.8 14,630.8 投入成本 15. 6. 5. 4. 3. 2. 1. 10. 11. 5. 19. 18. 17. 12. 13. 14. 16. 9. 8. 7.

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16 圖 10 公噸 RDF 二氧化碳當量排放之各影響因素敏感性分析

四、結論與建議

本研究藉由生命週期評估之概念，分析 RDF 在環境、成本及能源三方面的效益，並針對不同製程及部分參數之敏感性進行討論，獲得初步結論及部分建議如下： 1. 在成本效益部分，生產每公噸 RDF 成本約為 12,630.8 元，其中在 RDF 生產階段所花費的成本所佔比例最高，約為總成本之 86%，主要來自於固定資本與燃油成本。經由敏感性分析顯示，燃料成本及設備之使用年限為最敏感之參數。此外，由於本研究使用之數據為示範廠之資料，因此在商業化運轉之 RDF 廠，生產成本可能較本研究評估之數值為低。 2. 在能源效益部分，投入生產的熱值約為 10,756.25 MJ/ton，而每公噸的 RDF 產品能貢獻 16,279.65 MJ/ton 的熱值，RDF 之能源淨產出 5,523.4 MJ/ton (即每公斤約 1,320kcal)，能源投入產出比約 1.51，顯示發展 RDF 具有其能源效益。敏感性分析的結果則顯示，在能源投入部分以 RDF 生產階段所投入的重油影響最大。 3. 在環境效益部份，二氧化碳當量排放量最多之部分為 RDF 產品使用過程，約 1,190 kg-CO2-equiv./ton，若以產生單位熱能之 CO2排放當量計算，RDF

為 0.074 kg-CO2-equiv./MJ，較燃煤 0.095 kg-CO2-equiv./MJ 為低，可以看出

在使用階段上 RDF 確實能減少溫室氣體的排放。由於本研究未考慮不完全燃燒的部份，所以 RDF 生產及使用過程實際的排放量應該會少於研究結果。敏感度分析結果亦指出，二氧化碳當量的排放會隨著 RDF 碳含量之變動產生明顯之變化。 4. 經評估蓄熱式焚化系統(RTO)與蓄熱式觸媒焚化系統(RCO)兩種新處理技術取代原直燃式脫臭爐結果顯示，雖然設備之改進需要投入更多之成本，但伴隨著燃料消耗量的減少，反而能減少成本投入及能源消耗，同時更可降低溫室效應氣體之排放。因此，改進設備以提高能源使用效率，可明顯增加 RDF 未來在發展上之競爭力。 5. 由於現階段國內少有 RDF 商業運轉廠之相關數據，未來將可隨國內發展之進程加以重新評估，以確實檢視我國 RDF 之相關成本與效益。同時，本研 kg-CO2-equiv./ton 2,065.3 2,045.3 2,025.3 2,005.3 1,985.3 1,965.3 1,945.3 1,935.3 1. 5. 7. 16. 20.

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究所探討之 RDF 原料為家戶垃圾，其組成性質複雜且含水率高，未來可望在性質較為單一的原料，如：紙渣、廢輪胎、塑膠或農業廢棄物等來源上進行評估，尋找更有利之生產原料。 6. 本研究所訂定的系統範圍並未考慮到 RDF 產品燃燒使用後的後續處理階段，對於其燃燒後所排放之非溫室效應氣體與灰渣尚未討論。RDF 與化石燃料燃燒時可能還會排放 SOX、VOCS、TSP、HC 及戴奧辛等汙染氣體，而在底渣部分則可能含有少量的鉛、汞、銅、鎘等重金屬。這是未來利用生命週期評估探討 RDF 生產過程之對於環境衝擊可以納入考量的地方。

致謝

研究期間，承蒙工業技術研究院能源與環境研究所提供資料，使本研究得以順利完成，僅此致謝。

參考資料

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11. H-P. Wan, Y-H. Chang, W-C. Chien, H-T. Lee, C-C. Huang, “Emission during co-firing of RDF-5 with bituminous coal, paper sludge and waste tire in a commercial circulating fludized bed co-generation boiler”, Fuel 87, 761-767 (2008).

12. Toshihiko Matsuto, “Life Cycle Assessment of municipal solid waste management – Cost, energy consumption, & CO2 emission”, Department of Environmental Engineering, Hokkaido University, Japan(2002).

13. 2006 IPCC Guidelines for Nation Greenhouse Gas Inventories, http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/index.htm